謀篇布局點(diǎn)亮“人造太陽”
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萬物生長靠太陽,地球上的生命都依靠太陽的能量生存。而太陽之所以能發(fā)光發(fā)熱,源自內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。地球擁有極其豐富的核聚變原材料,能不能人工復(fù)制這個反應(yīng)過程,制造一個“太陽”來滿足我們的能量需求?
“十五五”規(guī)劃綱要明確將發(fā)展核聚變能列為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),提出要突破氚燃料制備循環(huán)、材料輻照考驗(yàn)、高性能激光、超導(dǎo)磁體制造等核聚變關(guān)鍵技術(shù),開展聚變氘氚燃燒等離子體運(yùn)行實(shí)驗(yàn)和多技術(shù)路徑可行性驗(yàn)證,推進(jìn)核聚變研發(fā)工程化進(jìn)程,為“十五五”時期我國核聚變技術(shù)發(fā)展提出了明確方向,核聚變將加速從科學(xué)實(shí)驗(yàn)全面轉(zhuǎn)向工程化、產(chǎn)業(yè)化。
技術(shù)水平處于第一方陣
按照目前主流的核聚變實(shí)驗(yàn)路徑,一升海水中提取的氘通過聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量,相當(dāng)于300升汽油產(chǎn)生的能量,且?guī)缀醪划a(chǎn)生放射性強(qiáng)的核廢料,也沒有碳排放。在加速邁向“雙碳”目標(biāo)的時代,核聚變能無疑是未來的理想能源。
2025年,中國環(huán)流三號在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)原子核溫度1.2億攝氏度、電子溫度1.6億攝氏度的“雙億度”運(yùn)行,標(biāo)志我國聚變研究挺進(jìn)燃燒實(shí)驗(yàn)階段。
“當(dāng)下我國核聚變的研究水平跟歐美、日本處于第一方陣,其中部分技術(shù)領(lǐng)先?!敝泻思瘓F(tuán)聚變領(lǐng)域首席科學(xué)家段旭如介紹,近些年,我國在裝置高參數(shù)運(yùn)行、長脈沖放電控制、射頻負(fù)離子源中性束加熱、堆芯內(nèi)部件研制、聚變堆主機(jī)裝配等方面的技術(shù)水平均步入國際前列??梢哉f,我國磁約束聚變能源研究已位于國際第一方陣,與國際同步處于向?qū)嶒?yàn)堆工程驗(yàn)證過渡的關(guān)鍵階段。
這一系列成就背后,是我國在核心技術(shù)、實(shí)驗(yàn)裝置、人才培養(yǎng)等方面進(jìn)行的一系列關(guān)鍵性、體系化布局。我國將核聚變能定位為未來產(chǎn)業(yè)的核心賽道,相關(guān)部委圍繞國內(nèi)核聚變研究攻關(guān)重點(diǎn),支持建成了多個國際先進(jìn)的研發(fā)平臺,面向企業(yè)、科研院所、高校,通過設(shè)立科技項(xiàng)目等形式,開展針對性科學(xué)技術(shù)攻關(guān)和人才培養(yǎng)。同時,我國積極參與國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計劃和國際合作交流,通過承擔(dān)關(guān)鍵部件研制任務(wù),在堆芯涉核內(nèi)部件、診斷、電源、超導(dǎo)磁體等聚變堆核心技術(shù)方面取得了較大突破,并形成了一批高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
我國在核聚變領(lǐng)域的成果得到了國際認(rèn)可。2025年10月,國際原子能機(jī)構(gòu)全球首個聚變能研究與培訓(xùn)協(xié)作中心落戶中國成都,標(biāo)志著我國在聚變能源領(lǐng)域的國際影響力實(shí)現(xiàn)了新的躍升。
作為目前我國規(guī)模最大、參數(shù)最高的聚變實(shí)驗(yàn)裝置,“中國環(huán)流三號”已進(jìn)入能力升級階段,計劃2027年在國內(nèi)率先開展聚變?nèi)紵龑?shí)驗(yàn),這將是我國聚變研究從科學(xué)探索邁向工程驗(yàn)證的關(guān)鍵跨越。
“我們計劃在2035年做出聚變先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)堆,2045年左右做示范堆。”核工業(yè)西南物理研究院聚變技術(shù)研究所副所長白興宇說。
產(chǎn)業(yè)新格局逐漸形成
從全球視野看,可控核聚變商業(yè)化已形成加速態(tài)勢。據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)《2025年世界聚變展望》報告,全球有近40個國家推進(jìn)聚變計劃。同時,全球私營聚變公司蓬勃發(fā)展,提出了多種快速商業(yè)化的技術(shù)路徑。在此背景下,中國核聚變產(chǎn)業(yè)“國家隊(duì)引領(lǐng)、民企多元創(chuàng)新”的新格局正逐漸形成。從政策頂層設(shè)計到經(jīng)營主體發(fā)力,我國聚變產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新生態(tài)正加速構(gòu)建。
在頂層設(shè)計上,《中華人民共和國原子能法》今年1月正式施行,明確鼓勵和支持可控?zé)岷司圩冄芯?。同時,國務(wù)院《2030年前碳達(dá)峰行動方案》也對聚變技術(shù)研究提出要求。
“這兩份重磅文件,對我國聚變能發(fā)展起到了關(guān)鍵的引導(dǎo)作用。”段旭如介紹,一方面,原子能法首次在法律層面明確“國家鼓勵和支持受控?zé)岷司圩兊目茖W(xué)研究和技術(shù)開發(fā)”,為聚變能快速發(fā)展提供了法治基石;另一方面,作為“雙碳”戰(zhàn)略綱領(lǐng)性文件的《2030年前碳達(dá)峰行動方案》明確,“積極研發(fā)先進(jìn)核電技術(shù),加強(qiáng)可控核聚變等前沿顛覆性技術(shù)研究”,為聚變能“加速跑”賦予了戰(zhàn)略驅(qū)動力。
在“國家隊(duì)引領(lǐng)”上,2025年7月,中國聚變能源有限公司的掛牌,對于我國核聚變事業(yè)從科研探索向工程化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展邁出了具有里程碑意義的一步。“針對聚變研發(fā)投入大、周期長等難題,公司通過商業(yè)運(yùn)營模式推動核聚變關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),同時依托上海的國際科創(chuàng)中心區(qū)位優(yōu)勢,構(gòu)建具有全球影響力的聚變能源創(chuàng)新高地?!敝袊圩兡茉从邢薰径麻L劉葉說。
在“民企多元創(chuàng)新”上,段旭如介紹,民營聚變企業(yè)多元化的技術(shù)路線,為可控核聚變商用研究注入了新活力,同時也為傳統(tǒng)可控核聚變提供了有價值的參考。
劉葉表示,未來5年將是各類創(chuàng)新主體積極參與、科技創(chuàng)新成果快速涌現(xiàn)、創(chuàng)新生態(tài)蓬勃發(fā)展的5年。
科研成果發(fā)揮外溢作用
雖然進(jìn)展平穩(wěn)、前景廣闊,但重大科技突破往往面臨不確定性,需要大量且長期的研發(fā)和投入。
專家表示,核聚變研發(fā)是一項(xiàng)覆蓋百余項(xiàng)高精尖技術(shù)的系統(tǒng)性創(chuàng)新工程。聚變技術(shù)在研發(fā)過程中沉淀出大量可外溢的科技成果,一方面,推動完整聚變產(chǎn)業(yè)鏈快速成形;另一方面,超導(dǎo)磁體、等離子體等核心技術(shù),已在我國制氫、礦產(chǎn)分選等領(lǐng)域落地應(yīng)用。
位于四川成都的核工業(yè)西南物理研究院,科研人員基于“人造太陽”的先進(jìn)等離子體表面工程技術(shù),正在進(jìn)行非貴金屬催化電極制備,可顯著提升制氫效率,降低電解水制氫成本,對綠氫規(guī)模化發(fā)展具有推進(jìn)作用。
“我們主要是利用等離子體的高活性,用非貴金屬實(shí)現(xiàn)貴金屬質(zhì)性電極的功能,成本可能只有貴金屬的十分之一?!焙斯I(yè)西南物理研究院應(yīng)用技術(shù)開發(fā)所所長王曉宇說。
該技術(shù)還有更多用處。比如,當(dāng)前全球科技企業(yè)正在快速布局新一代玻璃基板封裝材料,聚變等離子體技術(shù)可以顯著提升玻璃基板封裝集成度?!翱砂研酒姆庋b互連密度提得更高,成本可以降到有機(jī)基板的80%。”核工業(yè)西南物理研究院應(yīng)用技術(shù)開發(fā)所高級工程師陳美艷說。
許多合作企業(yè)也在積極參與相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)研發(fā)。段旭如舉例說,一家成都企業(yè)承擔(dān)了真空檢漏設(shè)備的研制,雖然挑戰(zhàn)很大,但研制成功后,成為全球聚變界的第一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)。
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