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中新社記者走進(jìn)中國(guó)多家核聚變研究院所和企業(yè)，大家最關(guān)心的兩個(gè)問(wèn)題來(lái)了：“人造太陽(yáng)”的第一盞燈到底什么時(shí)候能點(diǎn)亮？距離它商業(yè)化應(yīng)用，我們還需要等幾年？其實(shí)，答案可能比我們想象中要近。

技術(shù)難關(guān)正在被逐個(gè)攻破

想讓核聚變持續(xù)發(fā)生，難度到底有多大？用“磁場(chǎng)籠子”把上億度的等離子體“關(guān)”起來(lái)，光聽(tīng)著就像天方夜譚。但中國(guó)科學(xué)家不僅做到了，還在不斷延長(zhǎng)這個(gè)“關(guān)押”時(shí)間。

在四川的中國(guó)核聚變博物館里，“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”的中心柱靜靜陳列著。這個(gè)最重的單體部件，可是承擔(dān)著國(guó)內(nèi)規(guī)模最大核聚變裝置的核心使命。

今年5月，這臺(tái)裝置一下子實(shí)現(xiàn)了三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：等離子體電流達(dá)到100萬(wàn)安培，離子溫度突破1億攝氏度，還能在高約束模式下穩(wěn)定運(yùn)行。更重要的是，聚變?nèi)朔e達(dá)到了10的20次方量級(jí)，這個(gè)數(shù)字直接創(chuàng)下了中國(guó)聚變裝置運(yùn)行的新紀(jì)錄。

這里要解釋下，聚變?nèi)朔e到底是什么？說(shuō)白了，就是等離子體的密度、溫度，再乘以它被約束住的時(shí)間。只有這個(gè)數(shù)值夠高，聚變反應(yīng)才能進(jìn)入“自持燃燒”狀態(tài)。反應(yīng)自己產(chǎn)生的能量，就夠維持后續(xù)反應(yīng)了，不用再靠外部一直加熱。這一步特別關(guān)鍵，是聚變從實(shí)驗(yàn)室真正往發(fā)電站邁進(jìn)的核心門檻。

在河北廊坊的新奧能源研究院，還有條不一樣的技術(shù)路線，“玄龍-50U”裝置。它是個(gè)球形環(huán)結(jié)構(gòu)，中間藏著個(gè)特殊“燃燒爐”，用的是氫硼燃料。今年4月，這臺(tái)裝置還創(chuàng)下了紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上首次百萬(wàn)安培氫硼等離子體放電。

氫硼聚變的優(yōu)勢(shì)很突出，它反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生中子，這就意味著幾乎沒(méi)有放射性污染，而且氫和硼的來(lái)源都很豐富。雖然它需要的溫度更高，得達(dá)到太陽(yáng)核心溫度的200倍，但一旦突破這個(gè)難關(guān)，商業(yè)化的前景會(huì)更廣闊。

工程難題正在被逐一解決

核聚變能產(chǎn)生巨大的能量，但怎么把這些能量安全又高效地導(dǎo)出來(lái)，再轉(zhuǎn)化成電能？

10月中旬，核工業(yè)西南物理研究院傳來(lái)好消息，他們搞定了一套研究聚變能量導(dǎo)出的“硬核裝備”，專門測(cè)液態(tài)金屬和氦氣的熱工性能。這套系統(tǒng)本事不?。阂簯B(tài)金屬臺(tái)架能扛住4特斯拉強(qiáng)磁場(chǎng)和550℃高溫，參數(shù)跟真實(shí)聚變堆芯看齊；氦氣臺(tái)架更猛，12兆帕高壓加500℃寬溫域都能穩(wěn)定干活，妥妥的工程級(jí)實(shí)力。

更讓人提氣的是，三項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化創(chuàng)新。自主研發(fā)的電磁軸承氦氣主風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)子是“懸空”運(yùn)行的，一點(diǎn)磨損都沒(méi)有。還集成了高效又緊湊的印刷電路板式換熱器。關(guān)鍵閥門用了金屬波紋管密封技術(shù)，系統(tǒng)漏率低到幾乎可以忽略。聚變從原材料到產(chǎn)品，我們自己能全鏈條供應(yīng)，再也不用依賴外部了。

材料問(wèn)題也特別關(guān)鍵，上億度的高溫能讓絕大多數(shù)材料瞬間融化。托卡馬克靠磁場(chǎng)讓等離子體懸浮，不接觸容器壁，但第一壁材料還是得承受極端熱負(fù)荷和高能粒子轟擊。

真空室用雙層耐輻照不銹鋼，中間抽真空當(dāng)保溫層，外層還加了冷屏。這樣既能阻止內(nèi)部上億度高溫的能量往外跑，又能幫外部磁體線圈維持零下269攝氏度的低溫，好觸發(fā)超導(dǎo)效應(yīng)。

在安徽合肥，BEST緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置的建設(shè)也在提速。今年10月，重達(dá)400余噸的杜瓦底座成功安裝就位，落位位置偏差控制在2毫米以內(nèi)。這個(gè)底座將承載總重約6700噸的主機(jī)，是整個(gè)裝置的基礎(chǔ)。BEST預(yù)計(jì)兩年后建成，將在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)聚變能發(fā)電演示。到2030年，有望通過(guò)核聚變點(diǎn)亮第一盞燈。

中國(guó)正在改寫聚變版圖

回頭看中國(guó)核聚變研究的歷史，起步不算早。上世紀(jì)60年代，四川樂(lè)山成立了585所，專門研制“環(huán)流”系列常規(guī)導(dǎo)體托卡馬克裝置。到了80年代初，等離子體所拿到蘇聯(lián)T-7裝置的核心部件，把它改造升級(jí)成了HT-7。進(jìn)入21世紀(jì)，HT-7裝置的放電脈寬做到了400秒，還刷新了當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄。

真正的跨越，是在EAST裝置建成之后。2006年投入運(yùn)行以來(lái)，這臺(tái)全球首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，累計(jì)完成了超過(guò)15萬(wàn)次等離子體運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。從60秒到100秒，再到400秒，直到今年1月的1066秒，每一次突破，都代表著我們技術(shù)能力的提升。

在國(guó)際合作中，中國(guó)的表現(xiàn)也很搶眼。作為ITER計(jì)劃的七方成員之一，中國(guó)承擔(dān)了近75%分配給我們的研發(fā)任務(wù)。今年，我們?nèi)缙诮桓读硕鄠€(gè)大型裝備部件，還提前完成了兩項(xiàng)核心設(shè)備的安裝任務(wù)。

隨著民營(yíng)企業(yè)的加入，也讓中國(guó)聚變研發(fā)有了新格局。新奧集團(tuán)2018年開(kāi)始布局聚變技術(shù)，2022年確定了球形環(huán)氫硼聚變路線。短短幾年時(shí)間，就從沒(méi)有一個(gè)聚變技術(shù)人員，發(fā)展到組建起近300人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，建成了“玄龍-50”，后來(lái)又升級(jí)成“玄龍-50U”，現(xiàn)在整體參數(shù)國(guó)際領(lǐng)先的“和龍”裝置也在建設(shè)中。

聚變能被喊成“終極能源”，不是沒(méi)有道理的。從一升海水里提取的氘，聚變釋放的能量能頂300升汽油燒，燃料幾乎取之不盡，反應(yīng)時(shí)又干凈安全，還不會(huì)產(chǎn)生高放射性核廢料，簡(jiǎn)直是能源里的理想型。

不過(guò)難度大到國(guó)際上都傳“聚變永遠(yuǎn)還有50年”?，F(xiàn)在，中國(guó)科學(xué)家們正用實(shí)際行動(dòng)打破這個(gè)“魔咒”，“人造太陽(yáng)”的光芒離我們?cè)絹?lái)越近，這束光，會(huì)不會(huì)比我們所有人期待的，還要更早照亮生活呢？