當(dāng)前, 能源安全、環(huán)境和氣候變化等問題成為21世紀(jì)面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，像核聚變能這樣的新能源研發(fā)一直為公眾和行業(yè)所關(guān)注。但是，熱潮之下也不乏隱憂。

據(jù)全球聚變工業(yè)協(xié)會(huì)FIA統(tǒng)計(jì)，截至2023年12月，全球共有43家私人核聚變公司，這些私營企業(yè)投資力度逐年增大，2022年投資總額較以往全部總額增加一倍，前后獲得投資總額超過62億美元。但我們作為從業(yè)者，一方面心里要有數(shù)，全球核聚變研究距離實(shí)現(xiàn)發(fā)電尚有距離，另一方面，更要有定力，路雖遠(yuǎn)，行則將至。

（來源：中國核工業(yè) 作者：中核集團(tuán)首席科學(xué)家 劉永）

01核聚變研究發(fā)展的主要趨勢

國際磁約束受控核聚變研究始于上世紀(jì)50年代，在研究進(jìn)程中，先后探索了箍縮、磁鏡、仿星器、托卡馬克等眾多途徑，目標(biāo)都圍繞如何提高等離子體的關(guān)鍵參數(shù)，最終滿足受控核聚變反應(yīng)的條件。從上世紀(jì)70年代開始，托卡馬克途徑逐漸顯示出獨(dú)特優(yōu)勢，成為磁約束核聚變研究的主流途徑。國際上自托卡馬克開展實(shí)驗(yàn)以來，等離子體綜合參數(shù)不斷提升，聚變工程技術(shù)也有了長足的進(jìn)步，但距離實(shí)現(xiàn)應(yīng)用,諸多關(guān)鍵技術(shù)仍存在很大挑戰(zhàn)。

為了驗(yàn)證聚變的技術(shù)可行性, 需要建造一個(gè)具有聚變電站所需大多數(shù)技術(shù)特征的更大規(guī)模的托卡馬克裝置, 來試驗(yàn)和演示聚變電站的關(guān)鍵技術(shù), 并探索燃燒等離子體的新物理問題。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo), 國際聚變界一致認(rèn)為通過國際合作, 匯聚全世界的核聚變研究成果、主要國家的財(cái)力和科技能力, 才能加快這一階段的進(jìn)程。為此, 規(guī)模空前的國際合作計(jì)劃——國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生。我國也于2003年1月初正式宣布參加ITER計(jì)劃政府間談判。ITER是世界上第一個(gè)反應(yīng)堆規(guī)模的受控?zé)岷司圩冊(cè)O(shè)施,也是最終實(shí)現(xiàn)磁約束聚變能商業(yè)化發(fā)電最重要的科學(xué)和技術(shù)橋梁。

總體上看, 世界上主要發(fā)展聚變能的國家, 在圍繞建設(shè)本國聚變示范堆的目標(biāo)下, 基本都是通過ITER合作獲得相應(yīng)實(shí)驗(yàn)堆設(shè)計(jì)、建造經(jīng)驗(yàn), 利用參與ITER運(yùn)行以及本國（或國際合作）的大型托卡馬克裝置獲得燃燒等離子體物理、控制和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn), 同時(shí), 圍繞在ITER合作中不能解決的聚變堆抗輻照材料等方面開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

就我國的情況而言，我國在1984年建成了核聚變領(lǐng)域第一座大科學(xué)裝置——中國環(huán)流一號(hào)托卡馬克裝置, 實(shí)現(xiàn)了我國核聚變研究從原理探索到中大規(guī)模裝置實(shí)驗(yàn)的跨越；2002年我國建成第一個(gè)具有偏濾器位形的托卡馬克裝置中國環(huán)流二號(hào)；2006年，全超導(dǎo)托卡馬克裝置東方超環(huán)首次放電成功。2020年，中國環(huán)流三號(hào)建成，該裝置是我國目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置，也是目前國際上首個(gè)具備在兆安培等離子體電流下實(shí)現(xiàn)多種先進(jìn)偏濾器位形能力的核聚變先進(jìn)研究平臺(tái)。

與此同時(shí)，國內(nèi)高校也建造運(yùn)行一批聚變實(shí)驗(yàn)研究裝置（如華中科技大學(xué)的J-TEXT、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的KTX、清華大學(xué)的SUNIST等），整體來看，我國聚變技術(shù)已步入國際第一方陣。近期，隨著“聚變熱”，像能量奇點(diǎn)和星環(huán)聚這些民營公司也匯入了聚變產(chǎn)業(yè)的洪流。

02核聚變研究面臨的挑戰(zhàn)

作為未來能源，核聚變的挑戰(zhàn)來自于哪里？

我們知道聚變是宇宙能源，氘氚反應(yīng)，能夠釋放出巨大的能量。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在燃料儲(chǔ)存豐富、固有安全性好、能效高。因此，它被認(rèn)為是最終解決能源問題的選項(xiàng)。核聚變有很多模式，主流的磁約束裝置都需要實(shí)現(xiàn)上億度的高溫，其實(shí)現(xiàn)難度可想而知。核聚變工程必然是一個(gè)大工程，比如ITER項(xiàng)目，從其開展過程中，我們可以看到從事這一研究所需要的龐大的系統(tǒng)、龐大的投入。

當(dāng)前，核聚變堆面臨的三大挑戰(zhàn)是避不開的。一是燃燒等離子體問題，二是抗輻照材料問題，三是氚增殖與自持循環(huán)問題。面對(duì)三大技術(shù)挑戰(zhàn)，可控核聚變?nèi)匀挥写罅考夹g(shù)難關(guān)需要攻克。在應(yīng)對(duì)三大挑戰(zhàn)上，國內(nèi)外都在積極地籌劃下一步的發(fā)展，而且有些進(jìn)展還是比較大的。對(duì)于這些挑戰(zhàn)的應(yīng)對(duì)，各個(gè)國家政府的態(tài)度都是比較理性的，基本上鎖定在2050年達(dá)成目標(biāo)。

核工業(yè)西南物理研究院的中國環(huán)流三號(hào)建成以后，一直備受各方的關(guān)注。推進(jìn)核聚變技術(shù)，中核集團(tuán)核聚變研發(fā)的整體路線圖已勾勒出來，并且仍在不斷地優(yōu)化。但是這個(gè)過程需要一段較長的時(shí)間。

巨大的挑戰(zhàn)是客觀的，但是我更想強(qiáng)調(diào)的是“定力”。作為前沿顛覆性技術(shù)，核聚變是大國競爭的重要賽道，所以國際上普遍聚焦于核聚變?cè)诒臼兰o(jì)中葉走向商業(yè)。我國政府非常重視核聚變的發(fā)展，國資委已經(jīng)在去年將其作為未來能源產(chǎn)業(yè)重要方向之一。所以從這個(gè)意義上講，現(xiàn)在國家相關(guān)部委都在重視、跟蹤、研討、分析各種各樣的可能性，以使我們?cè)诖髧偁幍闹髻惖览锪⒂诓粩≈亍?/span>

事實(shí)上，我們都知道科技工程有其不確定性, 這也許正是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的魅力所在。雖然目前看來，抗輻照材料是難題, 但該技術(shù)取得突破后，將給聚變研發(fā)帶來極大的提速；而國家對(duì)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的迫切需求和對(duì)聚變研究支持力度的加大, 以及國內(nèi)外包括裝備制造、新型材料、人工智能等在內(nèi)的科技進(jìn)步對(duì)聚變的加持也會(huì)加速其實(shí)現(xiàn)。從這個(gè)意義上講，我們又可以更加樂觀一些。

無論如何，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的努力，曙光已現(xiàn)。我相信經(jīng)過共同的努力，人類的聚變夢(mèng)想最終能夠?qū)崿F(xiàn)。