摘要：近日世界聚变能源集团第2次部长级会议暨国际原子能机构第30届聚变能大会在成都召开。当前全球聚变能研究进展明显加快，上半年我国新一代人造太阳“中国环流三号”先后取得多项实验突破，首次实现原子核温度与电子温度均突破一亿摄氏度。而等离子体所牵头承担的聚变堆主机关键系

近日世界聚变能源集团第2次部长级会议暨国际原子能机构第30届聚变能大会在成都召开。当前全球聚变能研究进展明显加快，上半年我国新一代人造太阳“中国环流三号”先后取得多项实验突破，首次实现原子核温度与电子温度均突破一亿摄氏度。而等离子体所牵头承担的聚变堆主机关键系统综合研究设施“夸父”（CRAFT）近期也取得重要进展，偏滤器原型部件顺利通过专家组测试与验收。那核聚变路线有几条，全球哪个国家最强，今天我们就来做个盘点。

核聚变的理论基础是爱因斯坦质能方程，跟核裂变一样都是靠损失质量来产生能量。根据王淦昌老爷子一篇文章，常见的核聚变反应大致有五种，从释放能量角度，最厉害的是氘核与氚核反应，生成一个氦核加一个中子，同时放出17.6Mev的能量。其他核聚变反应，放出的能量都没这么多。

这个反应妙的地方，是释放的中子还可以和锂6反应，生成氚和氦，外加4.8Mev能量，这样就实现了氚循环，解决氚原料短缺问题。同时这个反应还能生成氦，解决氦气短缺问题。另外这个反应还要用到锂，所以锂不光是电池材料，也是核聚变材料。

知道了原理，那如何让聚变发生呢？原子核一般带正电，要碰到一起并不容易，而科学家想到的办法也十分粗暴，就是给原子核一个极大的速度，让它们相互碰撞。粒子运动的宏观表现就是温度，所以核聚变首先需要高温。其次还需要高密度，不然地广人稀原子核很难碰到一块去。最后还需要持续时间，让反应连续下去。上述三个条件合在一起，就是聚变三乘积。一般认为这个三乘积要达到10的22次方，才能实现商业核聚变。

那如何实现高温、高密、高持久呢？一般有三条路径，引力约束、惯性约束、磁约束。引力约束其实就是太阳的方式，利用自身引力把聚变物质凝聚在一起，产生高温、高密、长时间稳定的聚变环境。这种方式目前人类玩不了，所以商业核聚变瞄准的一般是后两种方式，惯性约束和磁约束。磁约束比较好理解，就是利用带电粒子在磁场作用下，运动轨迹受限这一特征，来将反应粒子约束起来。而在高温环境下，物质会进入等离子态，所含的粒子基本都带电，因而可以用这种方式。

比较难理解的是惯性约束，它一般是把聚变物质做成靶丸，然后拿激光或X光去照。在激光作用下，靶丸内爆压缩实现点火。那惯性约束的惯性二字是什么意思呢？它其实是内爆压缩后，聚变粒子会有一个向内的速度惯性，只要在速度惯性耗尽前完成点火，聚变就成了。这东西有点儿像寸拳，只要你速度够快，让挂起来的砖头来不及运动，就有可能把它打断。

目前全球最大激光惯性约束核聚变装置是美国NIF（国家点火装置），该装置已经创造8.6兆焦输出功率新纪录，但总体仍没有达到净增益，只是勉强做到了输出能量比激光能量高。激光点火能量5.2兆焦，输出8.6兆焦。

中国的激光惯性约束核聚变装置称为神光，神光往上可追溯到王淦昌。我国惯性约束核聚变工作开始于1964年，激光是1960年发明的，所以这个起步相当早。王淦昌院士在了解到激光一些特性后，就想到把激光跟核物理结合起来，最后他把这个想法告诉了上海光机所研究激光器的邓锡铭，两人就做起了这方面的研究。后来到80年代，项目正式上马，张爱萍将军将这个装置命名为了神光。

值得一说的是，激光惯性约束核聚变，是苏联科学家巴索夫和我国科学家王淦昌在上世纪60年代各自独立提出的。但当时我国科技水平比较弱，所以70年代让美国NIF占了先。不过后来我国搞出了激光钕玻璃，在激光功率上突飞猛进，并且钕玻璃禁止出口，反向封锁了美国十几年。

目前神光的最新版本是神光-Ⅲ，主要技术指标已接近美国NIF水平，是世界第二大激光惯性约束核聚变装置。至于相关公司，有确切消息的是立航科技，它在投资者互动平台明确表示，参与了神光-Ⅲ主机装置项目。

另外一条磁约束路线，它主要包括两条子路线——托卡马克和仿星器。托卡马克与仿星器的直观区别，是托卡马克的线圈比较平滑，而仿星器的线圈比较拧巴。拧巴的好处是可以产生更复杂的磁场，从而对内部粒子作更复杂的控制。但它的缺点也是太复杂，需要扭的非常精密才行，所以精密制造比较强的德国在仿星器上拔得了头筹。我国70年代建过一个名为「凌云」的仿星器，但效果一般。而最新在建的是一个准环对称仿星器（CFQS），预计2027年建成。

仿星器除了拧巴，其他技术跟托卡马克大致相同，主要需要超导材料、钨基第一壁材料等，。目前最典型托卡马克项目是ITER，这是一个国际项目，后来几经博弈最终建在了法国。除了ITER法国还有个WEST，而我们有个EAST，这下我们就知道，托卡马克上谁是主要对手了。

其实很多国家都在搞托卡马克，如果单纯看参数的话，日本的JT-60SA最为领先，是国际规模最大的全超导托卡马克装置。当然跟国际合作的ITER比，它是要逊上一筹。我国的EAST是全球首个全超导托卡马克，但建的比较早，2006年就已经建成并首次放电了。而日本这个JT-60SA，是2020年完成总装，2023年才举行揭幕仪式，正式实验可能要等到2026年。所以现在很多核聚变突破，是我国东方超环（EAST）和环流三号（HL-3）做出来的，等未来日本这个装置投用，我们的头衔可能就不保了。

但我们也不会坐以待毙，我们在搞一个BEST项目，预计2027年建成。这是在EAST基础上升级的一个项目，目标是实现全球首次聚变能发电。2027年除了建成BEST，我们还将建成CFQS准环对称仿星器，所以仿星器也在稳步推进。可控核聚变的主流路线，我们一条都没落下。

来源：科工洞洞拐一点号