摘要：2025年5月，四川成都的中核集团核工业西南物理研究院内，“中国环流三号”控制室里的屏幕突然亮起一串醒目的数据：原子核温度1.17亿度，电子温度1.6亿度，聚变三乘积突破10²⁰量级。随着总工程师按下“实验成功”确认键，现场爆发出雷鸣般的掌声——这意味着我国“

2025年5月，四川成都的中核集团核工业西南物理研究院内，“中国环流三号”控制室里的屏幕突然亮起一串醒目的数据：原子核温度1.17亿度，电子温度1.6亿度，聚变三乘积突破10²⁰量级。随着总工程师按下“实验成功”确认键，现场爆发出雷鸣般的掌声——这意味着我国“人造太阳”首次迈过“双亿度”门槛，正式启动燃烧实验，核聚变发电的梦想从遥远科幻向现实又迈进了一大步。

从氢弹爆炸到“人造太阳”稳定运行，人类追逐核聚变能源已走过70余年。如今中国环流三号的突破，为何被视作“关键门槛”？“双亿度”背后藏着哪些技术玄机？离我们家家户户用上聚变电还有多远？今天就用通俗的语言，拆解这场关乎人类能源未来的技术革命。

一、核聚变为啥是“终极能源”？

聊环流三号的突破前，得先明白为啥全世界都在抢着搞核聚变。简单说，这玩意儿简直是“能源界的天花板”，一旦搞定，人类再也不用为能源发愁了。

核聚变的原理其实和太阳发光发热一样：把轻原子核（比如氢的同位素氘和氚）凑到一起，让它们融合成重原子核（比如氦），这个过程中会释放出巨大的能量。根据爱因斯坦的质能方程，一点点质量就能转化成惊人的能量——1升海水里的氘，聚变释放的能量相当于300升汽油，而地球上海水有的是，根本用不完。

更绝的是它的安全性和清洁性。和现在的核裂变发电不同，核聚变不会产生长寿命的放射性废料，就算发生故障，高温等离子体会瞬间冷却，不存在核泄漏风险。而且燃料来源极广：氘可以从海水中提取，氚能通过锂元素制造，我国的锂储量居世界前列，完全能满足需求。

这么好的能源，为啥以前搞不出来？因为实现可控核聚变的条件太苛刻了。太阳核心有3000亿个大气压，能轻松把原子核“压”到一起聚变，但在地球上根本造不出这么极端的环境。科学家只能另辟蹊径：用极高的温度让原子核高速运动，再用强磁场把它们“困住”，同时保证足够的密度和约束时间——这三个指标合起来就是“聚变三乘积”，必须达到临界值才能让聚变持续发生。

打个比方，核聚变就像“在鸡蛋壳上煎牛排”：既要把牛排（等离子体）加热到上亿度（比太阳核心还热），又不能把鸡蛋壳（反应装置）烧穿，还得让牛排持续受热熟透。以前的实验要么温度不够，要么约束时间太短，始终跨不过“点火”的门槛。而中国环流三号的“双亿度”突破，正是把这道难题解决了关键一环。

二、硬核突破：“双亿度”到底难在哪？

“中国环流三号”这次实现的“双亿度”，可不是简单的温度达标，而是原子核和电子温度同时突破一亿度，这在全球都是顶尖水平。别小看“双亿度”这三个字，背后藏着三大技术难关的突破。

1. 温度：比太阳核心热10倍，怎么“烧”出来？

要让原子核聚变，首先得把它们加热到“沸腾”。太阳核心温度才1500万度，而环流三号直接干到了1.6亿度，相当于太阳核心的10倍还多。这么高的温度，靠什么“烧”出来？

答案是三套“超级加热器”。环流三号搭载了我国自主研发的高功率加热系统，包括电子回旋共振加热、低杂波电流驱动和中性束注入加热，总功率超过100兆瓦，相当于100万个家用电吹风同时工作 。其中最关键的中性束注入系统，能把粒子加速到接近光速，注入等离子体后瞬间释放巨大能量，就像给“人造太阳”添了一把“超级火炬”。

更厉害的是温度控制精度。电子质量只有原子核的1/1836，加热时很容易“跑太快”先达到高温，而原子核却“跟不上”。以前的实验比如“东方超环”，虽然实现过1亿度运行，但只是电子温度达标，原子核温度还差得远。这次环流三号通过优化加热波形，让电子和原子核“同步升温”，同时突破亿度，这才真正具备了聚变燃烧的基础。

2. 约束：-269℃的磁瓶，困住1亿度的 plasma

解决了加热问题，更难的是“困住”高温等离子体。1亿度的物质根本不是固态、液态或气态，而是第四种状态——等离子体，任何接触它的物质都会瞬间被汽化。科学家想到用强磁场做一个“无形的瓶子”，让等离子体悬浮在真空中，不碰装置壁。

这个“磁瓶”的核心是超导磁体。环流三号用的是铌钛超导材料，需要浸泡在-269℃的液氦中才能实现超导状态，此时电阻为零，能产生超强磁场。但这里有个矛盾：磁体要维持超低温，而里面的等离子体是1亿度高温，两者仅隔一层薄壁，温差超过1.6亿度。

为了解决这个问题，科研团队设计了“三层防护”结构：最内层是耐高温的钨铜合金壁，能直接承受等离子体冲击；中间是真空层隔绝热量；外层是超导磁体的低温冷却系统。更关键的是2024年发现的“先进磁场结构”，通过优化磁场形状，让等离子体像被无形的手托住一样，在磁瓶中心稳定运行，不会触碰壁面 。这次“双亿度”实验中，这个磁场结构发挥了关键作用，让高温等离子体稳定约束时间达到了新纪录。

3. 控制：数字孪生系统，实时“调教”等离子体

如果说温度和约束是硬件基础，那么精准控制就是“软件灵魂”。核聚变实验中，等离子体的状态瞬息万变，哪怕磁场强度有万分之一的波动，都可能导致等离子体“跑掉”，实验瞬间失败。

2024年11月，环流三号首次启用了自主研发的数字孪生系统，相当于给装置装了一个“智慧大脑”。这个系统能实时模拟等离子体的每一个粒子运动，提前预测可能出现的不稳定状态，然后自动调整磁场、加热功率等200多个参数。比如在这次“双亿度”实验中，系统检测到等离子体有“偏移”迹象，立刻微调了偏滤器位形，只用0.1秒就稳住了状态 。

以前调控这些参数全靠科学家手动操作，不仅反应慢，还容易出错。有了数字孪生系统，实验成功率从以前的30%提升到了现在的80%以上，这也是我国能快速突破“双亿度”的重要原因。

三、环流三号：不只是“破纪录机器”，更是“聚变试验场”

可能有人会问：“以前‘东方超环’不是也实现过1亿度吗？环流三号的突破有啥不一样？”其实两者的定位完全不同：东方超环更侧重“稳态运行”，比如创下1亿度1066秒的纪录；而环流三号是为“燃烧实验”而生，目标是真正实现持续的聚变反应，为建反应堆打基础。

从“加热”到“燃烧”，跨出关键一步

这次“双亿度”突破的核心意义，是让我国从“等离子体加热阶段”迈入了“聚变燃烧实验阶段”。简单说，以前的实验是“外部加热”，就像用柴火烤火，得一直添柴才能维持温度；而聚变燃烧是“自我加热”，原子核聚变释放的能量能维持后续反应，就像点燃天然气，只要有燃料就能持续燃烧。

不过要说明的是，这次实验用的还是氢燃料，主要是为了积累数据、验证装置性能。接下来，科研团队会加注真正的聚变燃料——氘和氚。只要在“双亿度”的条件下注入氘氚，理论上就能实现持续的聚变燃烧。按照计划，环流三号将在2027年冲击“聚变功率输出”目标，也就是首次实现聚变产生的能量超过输入的能量，这被视作核聚变商业化的“第一盏灯”。

全自主设计，打破国外技术垄断

环流三号的厉害之处，还在于它从里到外都是“中国造”。从超导磁体、加热系统到数字孪生控制系统，没有一样依赖进口，很多技术甚至比国际同类装置更先进。

比如它的等离子体电流能达到100万安培（1兆安），这是实现高约束模式的基础。2023年8月，环流三号首次实现1兆安电流下的高约束运行，突破了大电流控制、高功率加热耦合等一系列关键技术，当时就刷新了中国纪录 。而这次“双亿度+1兆安+高约束模式”的组合，更是让综合参数“聚变三乘积”达到10²⁰量级，这个指标直接关系到聚变堆的发电效率，离商用堆需要的10²¹量级只有一步之遥。

更难得的是，我国还主动向全球开放了环流三号。2023年12月，核工业西南物理研究院与ITER（国际热核聚变实验堆）总部签署协议，邀请全世界科学家来中国做实验。这不仅体现了我国的技术自信，也能集全球智慧加快核聚变研发进程——毕竟解决能源问题是全人类的共同目标。

四、全球竞速：中国处于什么位置？

核聚变是“未来能源的终极竞赛”，中美欧日韩都在全力冲刺。中国环流三号的突破，让我国在这场竞赛中稳居“第一梯队”。

目前全球核聚变研究主要有两条路线：磁约束和惯性约束，我国两条腿走路，都取得了亮眼成绩。环流三号属于磁约束中的托卡马克路线，这也是国际主流路线，比如国际大项目ITER就是托卡马克装置。我国承担了ITER项目18%的核心部件供应，还中标了主机安装合同，技术实力得到国际认可。

在磁约束领域，我国的成绩已经和美国、欧洲不相上下。美国Helion Energy公司计划2028年给微软供电50兆瓦，听起来很激进，但那是小型装置的示范项目；欧洲的ITER项目虽然规模大，但进度多次延迟，预计2035年才能完成实验。而我国既有环流三号这样的大科学装置，又有新奥集团“玄龙-50U”这样的私营企业项目，形成了“国家队+民营企业”的协同发展格局。

更关键的是我国的商业化时间表非常清晰。根据规划，我国将在2027年通过BEST装置首次演示聚变发电，2035年左右启动示范堆建设，2045年实现示范堆发电验证，2050年前后建成商用堆，正式向电网供电。这个进度和国际领先水平基本同步，甚至在部分环节可能实现赶超。

不过也得清醒看到差距：比如在聚变材料领域，长时间承受高温、辐射的耐材还需要进一步研发；在氚的循环利用上，效率还有提升空间。但总体来说，我国已经从“跟跑”阶段进入了“并跑”甚至部分“领跑”的阶段，这在十几年前是不敢想象的。

五、离我们还有多远？核聚变发电的“倒计时”日历

说了这么多技术突破，大家最关心的肯定是：到底什么时候能用上核聚变发的电？会不会是“有生之年系列”？

根据全球主流预测，核聚变商业化将在2030-2050年间实现，呈现“梯队式”发展。简单来说，未来25年将分为三个关键阶段：

第一阶段（2025-2030年）：实验堆“点火”

这是目前正在经历的阶段，核心目标是实现“净能量增益”，也就是聚变产生的能量超过输入的能量。我国计划在2027年通过BEST装置实现首次聚变功率输出，这相当于点亮“第一盏核聚变灯”。届时我们会看到新闻报道：“中国首次实现核聚变发电示范”，但这还只是实验室层面的演示，发电量很小，主要用于技术验证。

这个阶段，普通人可能感受不到直接变化，但背后的技术突破会带动一批产业发展，比如超导材料、高端传感器、AI控制等领域会迎来爆发期。

第二阶段（2030-2045年）：示范堆“供电”

到2035年左右，我国将建成首座核聚变示范堆，开始向局部电网供电。示范堆的发电量会达到百万千瓦级别，相当于一座小型核电站，能满足一个中等城市的用电需求。不过此时的发电成本还比较高，主要用于验证商业化可行性，不会大规模推广。

这时候，部分地区的人可能会率先用上聚变电。比如示范堆周边的城市，电网会接入少量聚变电力，电价可能和现在的火电差不多，甚至略高一些，但随着技术成熟会逐渐下降。

第三阶段（2045-2050年及以后）：商用堆“普及”

2050年前后，商用堆将正式规模化建设，核聚变电力会大量接入电网。届时，聚变发电成本会大幅降低——有测算显示，成熟的聚变发电成本可能比火电还低30%，而且完全清洁无污染。

到那时候，我们的生活将发生巨大变化：电价可能变得很便宜，电动汽车充电不用再看价格；冬天暖气、夏天空调可以任性开，不用担心电费账单；甚至像海水淡化、氢能制备等高耗能产业，也能因为廉价能源而快速发展。更重要的是，人类将彻底摆脱对化石能源的依赖，雾霾、温室效应等环境问题会得到极大缓解。

不过要说明的是，这个时间表不是绝对的。如果AI技术、材料科学能有更大突破，商业化进程可能会提前；如果遇到难以攻克的技术瓶颈，也可能推迟。但无论如何，“双亿度”的突破已经让核聚变从“百年梦想”变成了“几十年可期”的现实。

六、普通人能受益吗？不止是便宜电，这些领域先受益

核聚变的影响绝不止是“便宜电”，它会像电力、互联网一样，引发一场全方位的产业革命。在商业化过程中，这些领域会先迎来“红利期”：

1. 高端制造业：超导、芯片迎来爆发

核聚变装置是“尖端制造的集大成者”，一个超导磁体就需要精密加工、低温制冷、材料科学等多领域配合。为了造环流三号，我国在超导材料、高功率微波器件、精密传感器等领域实现了20多项技术突破，这些技术会快速转化到民用领域。

比如超导材料，以前主要用于科研，现在随着核聚变研发规模化，生产成本下降了40%以上，未来可能用于超导输电、磁悬浮列车等，让电力传输损耗从现在的15%降到1%以下，磁悬浮列车速度可能突破600公里/小时。

2. 能源结构：彻底改写“能源地图”

我国现在的能源分布很不均衡，比如煤炭主要在北方，水电主要在西南。核聚变发电不需要依赖地理条件，海边（方便取氘）、内陆（有锂资源）都能建电站，这会彻底改写我国的“能源地图”。

对普通人来说，这意味着能源供应更稳定，再也不用担心极端天气导致的停电。比如南方的“电荒”、北方的“煤荒”会成为历史，偏远地区也能通过廉价电力实现快速发展。

3. 航天航空：人类能去更远的地方

核聚变不仅能用于地面发电，还能成为“太空动力”。现在的火箭靠化学燃料，推力有限，去火星要半年以上；如果用核聚变发动机，推力能提升10倍，去火星可能只要一个月，甚至能实现星际旅行。

虽然这听起来很科幻，但美国NASA已经在研究核聚变火箭，我国也有相关布局。未来几十年，核聚变可能会让“太空旅游”从富豪专属变成普通人也能体验的项目。

结语：从“双亿度”到“万家灯”，中国正点亮未来能源

回望我国核聚变研究的历程，从1984年“中国环流一号”建成，到今天环流三号突破“双亿度”，我们用40年时间走完了发达国家半个多世纪的路。这背后，是一代代科研人员的坚守——他们在四川的深山里，在-269℃的低温和1亿度的高温之间，默默打磨着人类能源的未来。

“双亿度”的突破，不是终点，而是核聚变商业化的“发令枪”。接下来的25年，我们将见证从实验堆到示范堆，再到商用堆的一步步跨越。或许现在的年轻人，在中年时就能用上核聚变发的电；现在的孩子，未来可能会从事核聚变相关的职业，甚至乘着核聚变火箭去探索太空。

有人说，核聚变是“人类历史上最后一次能源革命”。如果说第一次工业革命用煤炭点亮了蒸汽时代，第二次用石油推动了电气时代，那么核聚变将用取之不尽的清洁能源，开启人类文明的新篇章。而中国，正用“双亿度”的光芒，在这场革命中写下属于自己的精彩一页。

来源：遇见99