模擬太陽產生無盡清潔能源,是人類“終極能源夢想”。據估算,太陽每秒釋放的能量可供全人類使用約70萬年,但地球缺乏太陽維持核聚變的高溫高壓環境,造“太陽”首要難題是創造聚變所需嚴苛條件。理論上,氘氚等離子體需加熱至超1億攝氏度,約為太陽核心溫度的6至7倍,才能克服原子核間庫倫排斥力實現持續聚變。
與會專家認為,可控核聚變集等離子體物理、核工程、材料科學等領域難題于一身,是人類構想的最復雜能源系統之一。未來若成功,聚變能將從根本上破解人類對化石燃料的依賴,還將帶動超導材料、人工智能控制等前沿領域集群發展。
10月中旬,世界聚變能源集團第2次部長級會議暨國際原子能機構第30屆聚變能大會在四川成都舉行。會上消息顯示,全球聚變能研發已進入多路徑并行、快速迭代的新階段。主流技術路線分磁約束和慣性約束兩大類,磁約束通過強磁場將高溫等離子體穩定約束在真空容器內,托卡馬克和仿星器是主要裝置類型;慣性約束則利用高能激光或粒子束壓縮加熱燃料靶丸。
國際熱核聚變實驗堆(ITER)是全球規模最大的聚變科研工程,由多國合作建設,2020年啟動組裝。該項目成功后將證明磁約束聚變科學與工程技術的可行性,為2040至2050年示范電站奠定基礎。當前,世界多個大型托卡馬克實驗裝置已可短暫實現聚變反應嚴苛條件,但進一步提高聚變功率增益、改善等離子體約束性能和穩定性,維持長時間燃燒并獲凈能量輸出,仍面臨巨大挑戰。
中核集團科技帶頭人黃梅介紹,中核集團按“實驗堆—示范堆—商業堆”開展聚變堆研發,預計2027年左右開展燃燒等離子體實驗,技術成熟后啟動先導堆建設,演示聚變能輸出后再推進商業堆建設。
本次大會上,國際原子能機構聚變能研究與培訓協作中心落地成都,標志中國在聚變能源領域國際地位與影響力顯著躍升。中國是少數擁有完整核工業體系的國家,在可控核聚變領域已形成以國家重大科技基礎設施為引領、產學研協同的創新體系。
2025年,“中國環流三號”首次實現原子核和電子溫度均突破1億攝氏度,標志中國可控核聚變技術獲重大進展;安徽合肥的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)創造新世界紀錄,首次完成1億攝氏度1000秒“高質量燃燒”;緊湊型聚變能實驗裝置(BEST)主機首個關鍵部件杜瓦底座成功落位安裝,標志項目主體工程建設步入新階段。
國家原子能機構主任單忠德表示:“中國將與國際原子能機構、國際熱核聚變實驗堆組織及各國一道,不斷推進全球能源創新可持續發展,促進人與自然和諧共生,為共建清潔、美麗、可持續的世界貢獻中國智慧、中國方案,讓聚變能更好造福人類。”