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当代版“夸父追日”,“聚变电”让人类用上源源不断的清洁能源
我们离实现“人造太阳”还有多远?
2025年10月14日　　来源：齐鲁晚报
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　　 　　10月13日上午,聚变堆主机关键系统综合研究设施“夸父”(CRAFT)取得重要进展——偏滤器原型部件顺利通过专家组测试与验收。这是我国可控核聚变研究的最新进展。
　　太阳,亿万年来为地球提供光和热,科学家们设想,如果能在地球上模仿出太阳释放能量的方式,是不是就能获得取之不尽的清洁能源了?这一设想正在我国的实验室和大科学装置中逐步成为现实,也就是被业界称为“人造太阳”的可控核聚变技术。2024年工信部、科技部等七部门发布《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,将核聚变列为重点支持领域。在地球上建造出可以无限供能的“人造太阳”,还有多远?

　　探索未来能源
　　“人造太阳”是要在地球上创造类似太阳内部的环境,模拟它发光发热的过程,并让这种反应持续稳定运行。相比现在的核电站,这种方式能量密度更高,材料几乎取之不尽,而且放射性污染更低,安全性也更高。
　　2025年,我国可控核聚变研究不断传来新进展。1月,我国全超导托卡马克实验装置“东方超环”实现1亿摄氏度等离子体稳态运行1066秒,刷新世界纪录；3月,“中国环流三号”首次实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”运行。
　　核聚变发电是人类追求的终极能源。在安徽合肥科学岛,有三个核聚变装置正在建设和运行中,堪称中国聚变研究的“最强实验室”。就在这个国庆假期,紧凑型聚变能实验装置BEST主机开启全面组装,聚变堆主机关键系统综合研究设施CRAFT也进行了环向场磁体线圈盒的正式交付。让我们来认识这几位可控核聚变研究的中国天团:EAST(全超导托卡马克核聚变实验装置)、BEST(紧凑型聚变能实验装置)、CRAFT(聚变堆主机关键系统综合研究设施)。
“老大哥”EAST
　　“老大哥”EAST,外号“人造太阳”。太阳靠引力让氢“挤压”成氦,EAST就用全超导磁体造了个“磁场牢笼”,它像无形的大手托住1亿摄氏度的等离子体,复刻太阳内部的核聚变。现在EAST能让1亿度等离子体稳定运行上千秒,从理论上证明了核聚变的可行性。
　　在安徽合肥大科学装置集中区的一栋厂房里,一个高耸装置就是下一代“人造太阳”的核心部件“1/8真空室”。它重295吨,高19.5米,看上去像一个巨大的“橘子瓣”。
　　“人造太阳”其实并不是简单复制天上真实的太阳,而是复制核聚变反应过程的装置。我们都知道,万物生长靠太阳,而在太阳的内部,时刻都在发生着核聚变,从而给大自然输送源源不断的能量。比如从一升海水里面提取的氘,经过聚变反应,就能释放相当于300升汽油的能量,而且没有污染,是未来的理想能源。
　　经过多年研究,“人造太阳”目前已经从实验验证发展到工程应用验证阶段。通过现场展示的“人造太阳”模型可以看出,核心部件“橘子瓣”未来会安装在主机内部的中间位置,整个主机里一共有八个“橘子瓣”,全部装上后会形成一个环形的真空室,相当于聚变反应的“锅炉”。未来,从海水里面提取的氘、氚元素就会在这样的“锅炉”里进行聚变反应,产生源源不断的清洁能源。
　　目前,下一代“人造太阳”正在进行关键部件的研制和现场集成调试,预计在今年年底全面建成。
“中坚力量”BEST
　　“中坚力量”BEST,和“前辈”EAST比,走的是“小而精”的路线。它能用更强的磁场“压缩”聚变空间,把等离子体约束得更密集,聚变功率密度反而比传统装置提升3倍。“小”不是缺点,而是为了让核聚变从实验室的“理论”,真正变成能落地的“工程”。它最大的梦想,就是能在2030年,演示核聚变发电,用核聚变的能量点亮第一盏灯。
　　在合肥未来大科学城,紧凑型聚变能实验装置BEST正在紧张地施工,它的目标是要在地球上第一次演示用聚变能点亮第一个灯泡。就好像是要把太阳困在笼子里,让它发电。
　　中国科学院合肥物质院等离子体所工程师蔡其敏介绍,在未来托卡马克主机系统安装的区域,未来高达1亿度等离子体的运行就在这里。在我们的装置里面,冰火两重天,1亿摄氏度的高温等离子体要与零下269摄氏度的低温共同存在一个罐体里面。
　　在地球上实现可控核聚变需要达到1亿摄氏度甚至更高,比太阳中心的温度还要高出数倍,地球上没有任何一种材料能够承受如此高温。为了攻克这些难题,科学家们研发出了托卡马克装置,其工作原理是利用强磁场形成一个环形的“磁笼”,将高温等离子体悬浮在真空室中央,使其与容器壁完全隔离,从而避免高温对容器壁的破坏,实现安全稳定的聚变反应。这样的超级装置,需要一个超级工厂。
　　按照计划,BEST装置将于2027年底建成,之后将在世界上首次演示聚变能发电。
　　蔡其敏说:“我们每一个平台,对标的都是全世界最领先的这些实验室,而且我们的参数比他们还要高。所以未来别人能做的我们也能做,别人不能做的,我们还能做。”
“硬核技术工坊”CRAFT
　　“硬核技术工坊”CRAFT,为了将来真正实现核聚变商用发电,专“啃”未来聚变堆建设中的“卡脖子”技术,负责把实验室里的想法变成真家伙。比如制造能扛住火箭尾焰10倍极端高温的偏滤器、高性能的超导磁体部件,还有燃料循环系统等等,为未来的示范堆、商用堆提供成熟的技术和部件支持,让核聚变能源从“能亮灯”真正变成“能供电”,把“取之不尽用之不竭”的聚变能源送进千家万户。
　　10月13日上午,聚变堆主机关键系统综合研究设施“夸父”(CRAFT)取得重要进展——偏滤器原型部件顺利通过专家组测试与验收。测试结果显示,该部件稳态热负荷能力达到20兆瓦/平方米,靶板面向等离子体表面邻接误差小于1毫米,标志着我国自主设计的国际尺寸最大、热负荷最高的偏滤器原型部件研制成功。
　　偏滤器作为聚变堆堆芯稳态运行的关键部件,承担排出聚变产物和热量,控制杂质等重要功能,服役环境极为复杂和严苛。CRAFT偏滤器原型部件在设计上创新性地提出混合偏滤器包层集成设计方案,理论上可将氚增殖率提升超过3%,为实现氚自持提供了一种有效辅助途径；设计了三种结构可靠、可正面拆装的独特靶板,验证了可靠快速更换的可行性。
　　据了解,通过采用平板结构,部件有效将钨表面温度控制在再结晶温度以下,成功实现了稳态20兆瓦/平方米的超高热负荷,相当于打造了一面聚变堆“盾牌”。研究人员介绍,在其研制过程中,形成了热等静压与钎焊加爆炸焊两条质量稳定的工艺路线,全面推动了包括钾钨、弥散强化铜和低活化钢等国产先进聚变堆材料的发展应用。
　　随着下一代“人造太阳”相关技术的不断突破,科研人员也在同步推进聚变能发电商业化的应用研究。相信在大科学装置的助力下,人类距离用上清洁无限的“聚变电”,实现“能源自由”的那一天将越来越近。
　　　　　　据新华社、央视新闻
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