摘要:EAST(东方超环):2025年1月实现1亿摄氏度等离子体运行1066秒,创下高约束模持续时间世界纪录。- 中国环流三号(HL-3)**:2025年3月首次实现“双亿度”突破(原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度),并同步完成电力输出,单次运行释放1.2
一、全球可控核聚变技术的最新进展
近年来,全球可控核聚变研究进入加速期,各国在关键指标上不断刷新纪录:
1. 中国:
- EAST(东方超环):2025年1月实现1亿摄氏度等离子体运行1066秒,创下高约束模持续时间世界纪录。- 中国环流三号(HL-3)**:2025年3月首次实现“双亿度”突破(原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度),并同步完成电力输出,单次运行释放1.2万千瓦时电能,年设计发电量达10亿千瓦时,接近煤电经济性。-BEST项目:计划2027年建成全球首个紧凑型聚变发电演示装置。2. 国际进展:
- 美国:Helion Energy公司2025年启动全球首座核聚变发电厂建设,目标2030年代初实现商业化。- 欧洲:ITER计划(国际热核聚变实验堆)由35国联合推进,预计2035年完成全氘氚聚变试验。-日韩俄:日本JT-60SA、韩国KSTAR等装置在等离子体参数和稳定性上持续优化。这些成就标志着可控核聚变从科学实验迈向工程验证阶段,但距离商业化仍面临技术瓶颈。
二、可控核聚变的核心技术障碍
尽管成果显著,以下四大难题仍需突破:
1. 高温等离子体约束:
需将等离子体加热至1亿摄氏度以上(远超太阳核心温度),并通过磁约束或惯性约束维持稳定性。例如,中国EAST通过超导磁体实现强磁场约束,但长期维持高能量密度仍是挑战。
2. 材料耐受性:
- 第一壁材料:需承受高能中子辐照(如每立方米每秒10^18个中子)和极端高温。钨铜复合材料和液态锂壁是目前主要研究方向,但成本高昂(每公斤30万元)。- 超导磁体:需在-269℃下稳定运行,中国西部超导的Nb3Sn线材已接近国际水平,但规模化生产仍有难度。3. 氚自持循环:
氚(燃料之一)在地球存量仅3公斤,需通过锂增殖毯实现自持。中国ITER产氚包层系统已通过设计评审,但工程验证尚未完成。
4. 能量增益(Q值):
目前最高Q值由美国NIF装置实现(Q=1.5),但需Q≥10才能满足电网需求。中国环流三号虽实现发电,但能量净增益仍待验证。
三、商用化时间表:从“实验室神话”到“能源革命”
综合各国规划与技术进展,可控核聚变商用化时间表呈现以下趋势:
- 中国:计划2035年建成示范电站,2050年前后实现商业化发电。- 国际:美国目标2028年实现50MW发电,欧洲ITER计划2035年验证可行性。- 专家预测:全国政协委员段旭如认为,2050年前后是合理预期,但高温超导、人工智能等技术的突破可能缩短这一进程。关键变量:技术路线收敛(托卡马克、仿星器、激光惯性约束的竞争)、政策支持(如中国“十四五”能源规划)、资本投入(全球累计融资超71亿美元)。四、商用化后的深远影响
若可控核聚变实现,将引发以下变革:
1.能源革命:电价趋近于零,彻底替代化石能源,全球碳排放下降90%以上。
2.科技跃迁:
- 人工智能:超算中心与数据中心能耗限制解除,推动AI算力指数级增长。- 材料科学:极端环境材料研发加速,带动航天、军工等领域突破。3. 社会形态:
-交通:燃油车全面淘汰,电动飞行器与超高速磁悬浮普及。- 农业与生态:能源驱动垂直农场,粮食危机缓解;碳捕集技术大规模应用,生态修复加速。4. 星际探索: 聚变能源为深空探测提供动力,人类或迈入“星际文明”初级阶段。
可控核聚变已从“科幻构想”步入“工程验证”阶段,中国、美国、欧洲等竞相争夺技术制高点。尽管仍需攻克高温约束、材料耐受等难题,但全球政策、资本与技术的共振,正将这一“终极能源”的梦想推向现实。
若2050年商用化如期实现,人类文明将迎来一场堪比工业革命的质变——能源自由、生态永续、星际拓荒,或许不再是遥不可及的愿景。
(注:本文数据与结论综合自公开报道及科研进展,技术细节可能存在动态调整,请以最新权威发布为准。)
来源:挨理客王