摘要：2025年1月20日，被誉为“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，简称EAST），在安徽合肥创造了新的世界纪录——首次实现1亿摄氏度1066秒的高约束模等离子体运

○本刊记者 陈洁

2025年1月20日，被誉为“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，简称EAST），在安徽合肥创造了新的世界纪录——首次实现1亿摄氏度1066秒的高约束模等离子体运行。

2025年10月25日，中国外交部发言人毛宁向全世界预告，同样位于安徽合肥市的紧凑型聚变能实验装置（BEST）预计2027年竣工，有望成为人类历史上首个实现聚变发电的装置。

中国“人造太阳”正在冉冉升起。

本期特别策划，让我们一起揭开中国“人造太阳”的内部秘密，看看中国科研力量，是如何将“人造太阳”成功托起的。

寻找终极能源：

为什么需要“人造太阳”

“人造太阳”其实是一个生动的比喻，意指人类通过某些装置，在地球上模拟太阳内部产生能量的核心机制——核聚变，从而获得取之不尽的能源。

核聚变，通俗来说，就是让两个轻的原子核在极端条件下聚合成一个新的原子核并释放能量的过程。

我们每天都会见到的太阳，仿佛一个已经持续运行46亿年的核反应堆，将核聚变所产生的能量通过“光”等形式，源源不断地传送到太阳系的每个角落。

太阳内部核心约有1500万摄氏度的高温和相当于地球大气压3000亿倍的压强，在这种高温高压环境下，物质所处的状态已经超出了我们熟悉的固体、液体和气体这三种常规物态，进入了第四种物态——等离子体，即由带正电的原子核和带负电的自由电子组成的“粒子糨糊”。

太阳内部极端的高温高压将氢原子彻底“撕碎”，形成一锅由氢原子核（只包含一个质子）与电子共舞的“等离子糨糊”。

氢原子核以惊人速度碰撞，经过一系列步骤聚合成氦原子核——这个过程就是核聚变。核聚变过程中会发生质量亏损，依据质能方程E=mc2，亏损的质量转化为巨大能量，这份能量以超高能量的伽马射线形式释放出来。

刚诞生的伽马射线无法直接奔向宇宙。这束高能射线在离开太阳核心的路上，会与太阳内部无数粒子发生碰撞，经历“被吸收—再发射”的循环，这一过程可能持续数万年。

当能量终于传递到太阳的表层时，它主要变成了可见光和红外线等我们熟悉的电磁波。随后，它穿越太空落到地球上，被我们感知为光明与温暖。

人类想要掌握的，便是太阳内部产生巨大能量的核心机制——核聚变。

仰望宇宙，我们从太阳里寻求灵感；立足地球，我们在现实中探寻路径。

日常生活中，每天点灯所需的电、让汽车开动的燃油或者电，都是能源在生活中的具象表现。

当今世界，石油仍是最大的能源来源，需求量已突破1.01亿桶/日。按照全球已探明的石油储量计算，理论上还能用47～56年。

另据《中国矿产报告2024》数据披露，2023年我国煤炭储量为2185.7亿吨，年开采量为47.1亿吨。以此推算，全国现有煤炭储量或仅可采不足50年。

2025年11月，英伟达与德国电信于宣布达成10亿欧元合作计划，建设欧洲最大AI计算中心，将使德国算力提升50%

与此同时，人工智能在发展的过程中变得越来越“贪吃”。仅2024年全球数据中心就消耗了4150亿度电，足够为整个日本供电18天。人工智能的崛起正推高全球能源消耗。

面对能源需求激增，现有发电方式显得还不够完美：

火电稳定但污染重，与全球碳中和目标背道而驰；水电成本低却严重受制于地理条件和季节变化；太阳能发电虽然足够清洁，但看天的脸色吃饭，无法提供持续稳定的电力。

我们还有什么选择，以获取稳定、持续、清洁、强大的能源呢？

冥思苦想的科学家们把目光投向了太阳。

太阳的核聚变机制为人类提供了终极能源的蓝图，但太阳内部的氢核聚变难以控制且过程太复杂缓慢，想在地球上复制很难实现。

于是科学家们立足地球的实际情况，研究出几种更“容易”实现的聚变方式，比如氘–氚聚变、氘–氘聚变、氢–硼聚变等。目前，人类最接近实现能稳定“点火”的是氘–氚聚变。

因为，氘大量存在于海水中，1升海水可提取出约0.035克氘，通过聚变反应可释放相当于燃烧300升汽油的能量。海洋中的氘资源足够支持人类数十亿年的能源需求。氚可通过中子轰击锂来制备。

我国锂资源丰富，主要赋存于盐湖、伟晶岩和花岗岩型矿床中，其中盐湖型储量约占全球总锂资源的70%。而且中国同时具备这三类矿床，具备稳定的锂供应基础，因此氚的获取同样可靠而便捷。氘–氚聚变不会产生二氧化碳等温室气体，也不会留下高放射性废料，对环境和人类都非常友好。

中国正是通过全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），将这一理论设想变为现实。

科技创造奇迹：

如何在地球上“造太阳”

EAST位于安徽省合肥市，是世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置，由中国科学院等离子体所自主研制并于2005年底完成总装。

它的主机部分高11米，直径8米，重400吨，由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。

它的外表并不会像太阳那样发着光和热，但它的内部有足足1亿摄氏度的高温，比太阳内部的温度还要高6～7倍。这么一个炽热的大家伙，科学家们是如何控制它的呢？

2025年1月15日 合肥 全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）

想实现核聚变反应，需要同时满足三个条件：上亿摄氏度的高温、足够高的密度和足够长的能量约束时间。

在专业物理学领域，这三者的乘积称为聚变三乘积。只有当这个乘积超过某个临界值时，聚变反应才能自持进行，也就是所谓的“点火”。

托卡马克（Tokamak）一词源自俄语，是“带磁线圈的环形真空腔体”的缩写。20世纪50年代，苏联科学家首次提出并制造这种装置。

托卡马克利用强大的磁场构成一个环形“容器”，里面充斥着炽热、高密度的等离子体状态的“燃料”，并将它们悬浮且约束在空中持续加热，是名副其实的“磁囚笼”。

强磁场可以对带电粒子形成磁约束。如果说带电粒子是在大草原上无拘无束的羊群，那么强磁场就相当于羊圈，把羊群聚拢、约束在一起。

加热则像是在羊圈内挥鞭，加速羊群沿着预想的方向互相挤压碰撞。温度越高，被束缚在托卡马克中的粒子运动就越剧烈，碰撞概率也越高，产生核聚变的可能性会大大提高。

EAST就是这样一个“粒子羊圈”，内部有着大量等离子体，虽然我们无法用肉眼直接看见它们，但它们在加热后却有着比太阳还炽热的内心。

EAST内部温度可达1亿摄氏度，科研人员却能安全地靠近它，秘密就在特定条件下电阻几乎为零的超导材料上。

如果把导体比作道路，电流比作汽车，那么普通导体是带有红绿灯的普通道路，电流在其中流动，就像汽车遇到红灯需要减速停车，浪费时间和能量。相比之下，超导体更像畅通无阻的高速公路，任由电流飞驰。

每根超导线由数千条比头发丝还细的超导丝组成，再经过多级绞缆，组成圆柱体一样的超导股线。股线中间的缝隙，充斥着能达零下269摄氏度的液氦。

极端低温下，电流能够在线圈中无损耗地不停流动，从而产生强大的磁场，以此来控制高温等离子悬浮在真空环境中。

这件极寒的“外衣”，不光为保护科研工作者贡献了一份力量，也让聚变等离子体的能量能够进一步为我们所控制。

迈进聚变之路：

中国“人造太阳”走到哪一步

根据国际原子能机构聚变设施数据库的统计，中国目前拥有11个托卡马克装置，主要分为常规型托卡马克和球形托卡马克两大类，在磁约束核聚变研究领域已形成规模大、技术路径多元的科研阵容。

当前，我国托卡马克发展呈现出“国家队引领”与“商业力量突破”并进，常规路线与创新突破并行的格局。

常规托卡马克领域，中国已建立起从实验装置、工程示范到商用设计的完整技术布局。

位于安徽合肥的EAST作为“国家队”主力之一，于2025年1月实现1亿摄氏度等离子体持续运行1066秒的世界纪录，标志着我国在高参数长脉冲等离子体控制方面已跻身国际领先梯队。

位于四川的中国环流三号托卡马克核聚变装置（HL-3），则实现原子核温度1.17亿摄氏度、电子温度1.6亿摄氏度的“双亿度”运行。要知道，想进入聚变燃烧实验阶段，必须同步实现原子核温度和电子温度双双突破1亿摄氏度。中国环流三号的战绩，让我们看到未来用核聚变发电的曙光。

面向未来能源应用，位于合肥的中国聚变工程示范堆（ChinaFusion Engineering Demonstration Reactor，简称CFEDR）已于2017年启动工程设计，计划于2035年建成并开展大规模科学实验，为建设商业化聚变电站奠定工程基础。

2025年1月15日 合肥 全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）控制大厅 EAST物理实验总负责人龚先祖注视实验数据

国家队稳步推进之时，商业公司的创新力量也在快速崛起。

能量奇点公司研发的“洪荒70”高温超导托卡马克，从设计到建成仅用两年，创造了全球超导托卡马克建造的最快纪录。

它作为全球首个全高温超导托卡马克，成功实现了等离子体放电，验证了高温超导技术路线的工程可行性。与EAST采用的低温超导技术（需在零下269摄氏度极低温下运行）相比，高温超导在零下200摄氏度左右工作，可使用成本更低的液氮冷却。

这意味着有望以更低的成本和更快的速度，将托卡马克从庞大昂贵的国家科学装置，转变为更具经济性的未来能源解决方案。

此外，华中科技大学的J-TEXT托卡马克装置，是我国高校中唯一的大中型托卡马克装置。其在等离子体破裂控制等关键物理问题研究以及人才培养方面，发挥着不可替代的作用。

另一条技术赛道上——球形托卡马克领域，中国同样取得了突破性进展。

如果把传统托卡马克看作一个标准的“甜甜圈”，那么球形托卡马克就是一个只有核的“苹果”。传统托卡马克的优势在于能够实现稳定的等离子体运行，技术路径成熟可靠。球形托卡马克则代表了更创新的路线，在同等性能下，它的体积可以做得更小、更经济，因此受到商业公司的青睐。

新奥集团设计研发的“玄龙-50U”球形托卡马克另辟蹊径，选择探索成本更低的氢-硼聚变路线。

2025年4月，该装置实现了国际上首次百万安培级氢硼等离子体放电，温度超过太阳核心，达4000万摄氏度。据央视新闻报道，其关键部件已实现100%国产化，与EAST、HL-3并列国内聚变科研第一阵营。

同时，由清华大学参与建造的联合球形托卡马克（SUNIST）系列装置作为中国球形托卡马克的先驱，其新一代装置SUNIST-2已于2023年7月建成放电，成为目前国内磁场最强、等离子体性能最高的球形托卡马克，也是我国球形托卡马克人才培养的重要教育基地。

众人齐心划桨，方能乘风破浪。我国托卡马克建设与诸多成果能跻身世界前列，得益于高校、科研院所与商业公司在开放中互补，在合作中共赢的研发生态。

2025年10月1日，央视新闻报道“紧凑型聚变能实验装置（Burningplasma Experimental Superconducting Tokamak，简称BEST）”的关键“基石”——杜瓦底座已完成精准落位安装。BEST预计于2027年竣工，将在全球范围内首次实现聚变能发电演示，到2030年实现由可控核聚变技术发电点亮“第一盏灯”。

2025年8月30日 合肥 紧凑型聚变能实验装置（BEST）园区项目建设现场

BEST可以看作是EAST的“升级版”。两者的区别在于，EAST侧重前沿物理探索，类似于可控核聚变技术的“试验田”；BEST则聚焦于聚变能的工程实践和发电演示，要真正为普通人进行“点灯”展示。

很多人将可控核聚变视为“终极能源”，那么，它离普通人到底还有多远？

中国科学院合肥物质院等离子体物理研究所副所长徐国盛，在10月召开的第30届聚变能国际大会上表示，预计2045年到2050年实现核聚变的商业化。如果科技发展顺利，可控核聚变技术对2050年的普通人来说，会真正走进千家万户。我们不光会有更稳定的供电，也会享受到更低廉的电价。

位于法国南部的国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，简称ITER），装置总重量约2.3万吨，其关键尺寸（如大半径和小半径）比中国自建的全超导托卡马克装置（EAST）大3至4倍。

该项目目前由中国、欧盟、俄罗斯、美国、日本、韩国和印度七方共同推动，因其国际合作广度与前所未有的物理规模，被公认为世界上最大的“人造太阳”。

2025年5月29日 法国卡达拉奇 国际热核聚变实验堆（ITER）装配大厅

最初，ITER是由美国、苏联、欧盟、日本于1985年共同启动。在很长一段时间里，中国被排除在外。直到2006年，中国才正式签约ITER。

虽然加入最晚，中国却做出关键贡献：不仅承担了ITER中18个采购包的制造任务并如期交付，还是ITER现场主机安装任务的主要承担者。

本刊记者于2025年10月22日，电话采访了正在法国参与ITER项目工作的中国青年学者程芝峰博士。

1983年出生的程芝峰是参与ITER工作的中国科学家之一。

他和团队负责X射线光谱诊断工作。这个工作可以说是在打造一双能捕捉从聚变等离子体核心区域发出的高能X射线，透视ITER最核心秘密的“火眼金睛”。

“人造太阳”内的等离子体会发出覆盖从红外线到X射线乃至伽马射线的宽广光谱，就像一本用“光”写成的天书。所谓光谱诊断，就是科学家“阅读天书”的工具。

通过分析不同波长的光谱特征，科学家能推算出等离子体的各种物理参数，如电子温度、电子密度、离子温度等，从而了解聚变等离子体的状态，为控制和稳定运行提供依据。

“这些参数中，离子温度尤其关键。”程芝峰表示，“聚变反应主要发生在原子核之间，因此离子的温度才直接决定聚变是否能进行。电子温度虽然也很高，但不会直接引发聚变。”

他介绍：

在许多托卡马克装置中，科学家会主动注入微量的氩气。氩气进入高温等离子体后，会变成高电荷态的氩离子，这些离子在高速运动时会发出特征性的X射线。通过分析这些X射线的光谱，我们就能准确地测量出离子温度。这种测量的原理叫多普勒效应，就是高中物理里提到的——当物体高速运动时，发出的波会产生频率偏移。

采访最后，程芝峰告诉记者：

可控核聚变技术，我觉得其很重要的意义，就是人类未来想继续走向深空，探索更广阔的星辰大海，它是非常重要的。比起清洁性，它更大的优势在于能量的集中性。探索‘人造太阳’更多的奥秘，需要未来一代的好奇心与智慧。”

“人造太阳”作为人类终极能源，多国科学家正沿不同路线竞相探索，争点聚变能“第一盏灯”。

国际原子能机构聚变设施数据库2025年11月的数据显示，全球现有29个国家正积极推进聚变计划，运行、在建或规划中的聚变装置达174座，其中托卡马克79台，仿星器31台，激光/惯性约束15台，其他路线49台。

可控核聚变研究的难点之一在于聚变物质的约束方法。目前，中国、欧洲主要采用的是磁约束路线，美国主要选择的是惯性约束路线。

磁约束通过磁场构建“笼子”，长时间约束高温等离子体以实现聚变；惯性约束则以激光作为“光子锤”，瞬间压缩燃料球引发聚变。

据国际原子能机构《2025世界聚变展望》发布的信息，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）在惯性约束领域处于全球领先地位，现已成功实现聚变点火8次。

中国科学院科普云平台指出，惯性约束虽装置结构体积小、冷却高效，但本质是间歇性微型爆炸，间隔准备时间长、整体效率较低，在持续发电的适用性上不如托卡马克。磁约束路线的优势在于可实现稳态运行，与未来发电需求高度契合，技术也更为成熟；劣势则是维持强磁场的超导磁体系统极其复杂昂贵。

在磁约束路线上，托卡马克和仿星器是两种主要装置类型。前者形似“游泳圈”，后者像“麻花发箍”，本质区别在于是否存在等离子体电流。

德国的Wendelstein7-X（简称W7-X）是世界最大优化仿星器，曾实现43秒高性能等离子体约束。日本的大型螺旋装置（LargeHelicalDevice，简称LHD）长期保持着离子温度超过1亿摄氏度的记录，印证仿星器可以达到发生聚变所需的高温。

发展托卡马克的国家中，中国自主建造的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成果突出，创下全球首次超过1亿摄氏度1066秒长脉冲高约束模等离子体运行的世界纪录，是聚变能走向实用的关键验证。

在此之前，法国WEST托卡马克装置维持温度5000万摄氏度等离子体稳定持续1337秒，高温温度仅为EAST的一半。

韩国KSTAR托卡马克装置，1亿摄氏度下只维持了20秒运行时间。日本与欧盟联合开发的JT-60S超导托卡马克装置虽可加热到2亿摄氏度，但受限于常规铜磁体技术，持续时间难以突破千秒。

科研突破的背后，是我国科技水平迈向自立自强的时代强音。我们在托卡马克装置路线上实现全球领跑，将自主研发的超导材料变为其他国家争相采购的资源，实现了从旁观到领跑的巨大跨越。

来源：《特别关注》