勾勒人類能源轉(zhuǎn)型未來藍(lán)圖 中國加速向前

來源：央視網(wǎng)

我們的生活離不開能源。在“十五五”規(guī)劃建議中，有兩位“能源新秀”被列為未來產(chǎn)業(yè)，那就是氫能和核聚變能。先說說氫能，它是一種清潔能源，而且在產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)有了一些應(yīng)用。而核聚變能大家可能覺得離我們還很遙遠(yuǎn)，但其實(shí)，我國在這方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從無到有、從弱到強(qiáng)的跨越，而且還不斷傳來好消息。簡單地說，核聚變就是模擬太陽發(fā)光發(fā)熱。核聚變能燃料豐富、清潔環(huán)保、安全性高，所以也被稱為人類的“終極能源”。氫能、核聚變能正共同勾勒著人類能源轉(zhuǎn)型的未來藍(lán)圖，中國正加速向前。

今天，支撐人類社會運(yùn)轉(zhuǎn)的幾乎一切能源，從煤、石油、天然氣到風(fēng)能、生物能，其本質(zhì)都是太陽能，而太陽上的能量來自內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。長久以來，人類一直希望通過可控核聚變反應(yīng)，來創(chuàng)造出“人造太陽”，從而獲得源源不絕的能源。

位于合肥市西郊的科學(xué)島，面積不足3平方公里，卻是中國核聚變研究的策源地與主陣地。2025年，在這里有關(guān)核聚變的研究捷報(bào)頻傳。1月，“東方超環(huán)”（EAST）終于創(chuàng)下1億攝氏度1066秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運(yùn)行的世界紀(jì)錄；5月，中國下一代緊湊型聚變實(shí)驗(yàn)裝置工程（BEST）的總裝正式啟動；2025年年底，聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）進(jìn)入全面建成收尾階段。三箭齊發(fā)，一個世界級核聚變研究裝置集群正在形成。

中國科學(xué)院合肥研究院研究員、“赤霄”系統(tǒng)負(fù)責(zé)人周海山：“這樣的話我們既有（EAST）物理實(shí)驗(yàn)，又有像CRAFT這樣的工程技術(shù)跨越，又有（BEST）關(guān)鍵的像中子和氚的這樣的核技術(shù)突破，確保所有條件都具備了，我們就可以放心地建聚變堆了。”

聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT），又名“夸父”，由19個系統(tǒng)組成。“赤霄”是“夸父”裝置的一個子系統(tǒng)，它產(chǎn)生的強(qiáng)大等離子束就像一把看不見的光劍，專門轟擊各種實(shí)驗(yàn)材料。在“赤霄”內(nèi)部，相當(dāng)于一萬倍以上的正午陽光強(qiáng)度的熱流沖擊下，普通材料會瞬間汽化。但是正在實(shí)驗(yàn)的鎢銅復(fù)合材料，卻能保持結(jié)構(gòu)完整。鎢銅復(fù)合材料——用于制作核聚變裝置最核心的內(nèi)部“鎧甲”，承受核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的、高溫和輻照，想要掌控核聚變，就要先從最基礎(chǔ)的材料研發(fā)做起。

工藝極難、要求極高。這種鎢銅復(fù)合材料的研發(fā)歷程，實(shí)際是中國核聚變領(lǐng)域步步突破的縮影。而科學(xué)島上的聚變裝置集群，演繹的也正是中國核聚變研究從無到有，從追趕到引領(lǐng)的歷史。

自上世紀(jì)七十年代開始，位于合肥科學(xué)島上的中國科學(xué)院等離子體物理研究所陸續(xù)自主設(shè)計(jì)并建造了四代托卡馬克裝置。托卡馬克是迄今為止國際上最成熟的核聚變主流技術(shù)路徑，它的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)可控核聚變。它的原理也并不復(fù)雜：在真空室里加熱氘和氚，形成等離子體“超級火焰”；用強(qiáng)大的磁場做一個“無形牢籠”困住“火焰”，讓原子們在里面不斷碰撞融合，發(fā)生聚變反應(yīng)，從而釋放出巨大的能量。理論上的可行性，需要實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證。而可控核聚變從實(shí)驗(yàn)開始的每一步，都需要解開遠(yuǎn)超常規(guī)工業(yè)水平的難題。

中國科學(xué)院合肥研究院工程師蔡其敏：“托卡馬克基本上囊括了大部分工科類的學(xué)科，又高度集成到一個裝置上面。聚變研發(fā)其實(shí)跟很多學(xué)科領(lǐng)域的進(jìn)步息息相關(guān)。聚變每前進(jìn)一步，也代表著相關(guān)的跟聚變一起發(fā)展的學(xué)科也都在前進(jìn)一步。”

2006年，“東方超環(huán)”（EAST）在科學(xué)島上建成運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)首次放電。它是國家“九五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，也是世界上第一個建成并運(yùn)行的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。

托卡馬克裝置運(yùn)行時，真空室內(nèi)等離子體的溫度超過太陽核心的7倍，即便是瞬間接觸，也能融化一切。這就要求關(guān)鍵部件必須要承受得住高溫的考驗(yàn)。最初，EAST使用的是石墨材料，但這種材料已經(jīng)成為沖擊極限的瓶頸。

作為難熔金屬領(lǐng)域中最具實(shí)力的國家隊(duì)，中國鋼研所屬安泰科技受命研發(fā)鎢銅復(fù)合材料。當(dāng)時，在這一領(lǐng)域，中國材料界沒有任何可借鑒的工程化經(jīng)驗(yàn)。

安泰科技難熔金屬領(lǐng)域首席科學(xué)家王鐵軍：“它的合理性、科學(xué)性已經(jīng)經(jīng)過理論計(jì)算是沒有問題了。能不能把它做出來，所有檢測數(shù)據(jù)的指標(biāo)全部達(dá)到要求，你給它做出來。那個時候?qū)θ騺碇v，也是一個材料制備的挑戰(zhàn)。”

在長達(dá)四年的攻關(guān)中，王鐵軍團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院的科研人員們經(jīng)歷了無數(shù)次失敗。團(tuán)隊(duì)反復(fù)調(diào)整后，第一根合格構(gòu)件終于成功出爐。2014年，EAST在更換國產(chǎn)化鎢銅復(fù)合材料部件之后，不斷創(chuàng)造紀(jì)錄。2016年突破60秒，2017年達(dá)到101秒，2023年實(shí)現(xiàn)403秒，2025年1月終于創(chuàng)下1066秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運(yùn)行的世界紀(jì)錄。這一過程的背后，是構(gòu)成EAST的每一個系統(tǒng)都走過了從材料到工藝、從實(shí)驗(yàn)室到車間步步闖關(guān)的迭代和優(yōu)化。

周海山：“EAST（東方超環(huán)）1000秒是綜合能力的體現(xiàn)。不管是超導(dǎo)磁體技術(shù)能力，還有輔助加熱能力，就等離子體被加熱（到極高溫），還有包括我們的材料能夠承受。所以它是各個方面技術(shù)積累的綜合，缺哪一塊我們都很難取得1000秒。”

然而，到目前為止，全球范圍包括EAST在內(nèi)的所有托卡馬克裝置，只是開展了核聚變發(fā)電的前期科學(xué)研究。

既然如此之難，我們?yōu)槭裁催€要發(fā)展核聚變呢？大家知道，現(xiàn)在商業(yè)發(fā)電的核電站采用的是核裂變，雖然技術(shù)日趨成熟，但是，核裂變?nèi)剂嫌邢蓿瑫a(chǎn)生核廢料。與核裂變相比，核聚變擁有明顯的優(yōu)勢，首先就是核聚變的原料氘可從海水中提取，幾乎無限。在安全方面，核聚變裝置一旦發(fā)生故障，反應(yīng)會因失去條件而瞬間中止，沒有核泄漏污染的風(fēng)險。另外，核聚變的能量密度遠(yuǎn)超核裂變。僅僅1克燃料釋放的能量，就相當(dāng)于燃燒8噸石油。

雖然核聚變優(yōu)勢明顯，但是要實(shí)現(xiàn)可控核聚變，每一步都需要付出難以想像的努力。在科學(xué)研究和商用發(fā)電之間，還有漫長的空白地帶需要穿越。而中國在這條道路上一直在前行，并不斷超越。

當(dāng)前，全球核聚變研發(fā)已進(jìn)入加速期，這一過程不僅需要人才、資本的深度聚合，更離不開創(chuàng)新機(jī)制的保駕護(hù)航。在科學(xué)島上，伴隨核聚變裝置同時落地的是新型舉國體制的探索與實(shí)踐。而在合肥，圍繞聚變產(chǎn)業(yè)的構(gòu)建，由國家實(shí)驗(yàn)室、國家科研機(jī)構(gòu)、高水平研究大學(xué)、科技領(lǐng)軍企業(yè)共同參與，同時吸納民營企業(yè)、社會資本加入，形成協(xié)同攻關(guān)的局面。

合肥市發(fā)展改革委科學(xué)中心工作處處長李辰：“項(xiàng)目的組織實(shí)施方面，應(yīng)該是新型舉國體制的有益探索，幾方重要市場主體都進(jìn)行了參與和介入，發(fā)揮了自己的所長。”

國務(wù)院發(fā)展研究中心產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)部第四研究室主任周毅：“新型舉國體制在推動核聚變產(chǎn)業(yè)發(fā)展中有比較強(qiáng)的優(yōu)勢，這種模式最大的好處就是避免了單打獨(dú)斗式的發(fā)展，各方主體參與之后各司其職，各自發(fā)揮自己的作用，發(fā)揮出1+1大于2的作用。”

一個聚焦于產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的安徽省聚變產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會也同步成立。聯(lián)合會的成立，為破解科研與產(chǎn)業(yè)“兩張皮”的難題搭建了關(guān)鍵平臺。兩年時間里，產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會的成員從最初的60家發(fā)展為200多家，既有行業(yè)里的先行者，也有試圖在聚變產(chǎn)業(yè)中尋找機(jī)會的企業(yè)。

日漸成熟的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，為聚變產(chǎn)業(yè)后來者留下了更多機(jī)遇。孫玄是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授。2024年，他牽頭成立了核聚變企業(yè)，探索小型化聚變裝置，依托的就是大科學(xué)裝置帶動的完備生態(tài)。

核聚變一旦成功，人類將能用上清潔、廉價、無限的能源，更將帶動超導(dǎo)、精密制造、特種材料等產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，為人類社會發(fā)展注入永續(xù)動力。