摘要：在刘慈欣的科幻巨著《三体》中，人类凭借着强大的核聚变发动机，驾驶太空飞船挣脱地球引力，向着浩瀚宇宙深处勇敢进发。这样震撼人心的画面，曾只存在于科幻作品里，是人类对未来科技的瑰丽幻想。但如今，随着我国新一代“人造太阳”不断传来佳绩，这项伟大的科技成就，正逐步将科

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在刘慈欣的科幻巨著《三体》中，人类凭借着强大的核聚变发动机，驾驶太空飞船挣脱地球引力，向着浩瀚宇宙深处勇敢进发。这样震撼人心的画面，曾只存在于科幻作品里，是人类对未来科技的瑰丽幻想。但如今，随着我国新一代“人造太阳”不断传来佳绩，这项伟大的科技成就，正逐步将科幻变为现实。

2025年，我国核聚变领域喜讯频传，让全世界的目光聚焦东方。5月，我国自主研发的新一代“人造太阳”——中国环流三号（HL-3），实现了令人瞩目的百万安倍亿度的H模运行（即高约束模式运行，类似给高温等离子体加了一层“能量稳定罩”，能大幅减少能量流失，是聚变堆稳定运行的关键状态），成功达成等离子体电流一百万安培、离子温度一亿度的高约束模式运行，其综合参数聚变三乘积也创下新高，达到10的20次方量级——这一数值虽未达到实现可观氘氚聚变所需的劳逊判据（3×10²¹千电子伏特·秒/立方米），但已较此前全球同类装置的主流水平提升约1个数量级，标志着我国向聚变点火目标又迈进一大步。值得关注的是，中国环流三号后续在科研团队的持续攻坚下，等离子体电流进一步提升到1.6兆安，核心参数持续优化，不断刷新着自身的记录，在国际上引发了强烈反响，不少国际同行对我国在该领域展现出的创新能力和技术实力表示高度赞赏 。

中国环流三号的突破离不开核心技术的自主创新，其关键设备的技术原理与创新点极具代表性：

高功率微波回旋管：采用“二次谐波放大”创新设计，通过特殊的腔体结构将电子注能量高效转化为微波能量，突破传统回旋管“单次能量转换”的效率瓶颈，最高注入功率达2.5兆瓦（MW）。相比国际同类产品，其微波输出稳定性提升30%，连续运行时长突破1000小时，能为等离子体提供持续、均匀的加热支撑，避免因加热中断导致的等离子体失稳。

高功率中性束注入加热系统：创新采用“负氢离子源+射频加速”技术路线，先将氢气电离为负氢离子（H⁻），再通过射频电场加速至1 MeV能量级别，单条束线最大功率达7兆瓦。该技术解决了传统正离子源“加速效率低、束流发散度大”的问题，束流聚焦精度提升50%，可精准调控等离子体核心区域温度与密度分布，实现“按需加热”。

高压电源系统：自主研发“模块化多电平拓扑”结构，将上千个功率模块串联组合，输出电压稳定在100千伏以上，电流波动控制在±0.5%以内。相比国外同类电源，其体积缩小40%、能耗降低15%，且具备“故障自诊断与冗余切换”功能，可在50毫秒内完成故障模块替换，保障装置连续稳定运行，彻底打破国外在聚变装置高压电源领域的技术垄断。

在这之前，中国环流三号就已实现离子温度1.17亿度、电子温度1.6亿摄氏度的“双亿度”运行，在国内率先突破关键温度节点，为后续的实验研究积累了宝贵数据。

同样在2025年，1月的中国东方超环（EAST）也迎来高光时刻。作为世界首个全超导托卡马克装置，EAST的独特之处在于采用全超导磁体技术——其纵场磁体和极向场磁体均使用超导材料，能在极低温度下实现零电阻运行，大幅降低装置能耗，同时生成更强的约束磁场，为长时间维持等离子体稳定创造了条件。此次它首次实现超亿度1066秒长脉冲高约束模等离子体运行，再次刷新托卡马克装置运行的世界纪录。这一成果于2025年3月27日被列入中关村论坛发布的十大重大科技成果，标志着我国在可控核聚变领域迈出了从基础研究迈向工程实践的关键一步 。而这并非EAST首次突破：此前它已多次刷新长脉冲运行纪录，比如曾实现1.2亿度101秒、1亿度200秒等运行成果，逐步验证了全超导托卡马克装置“长脉冲、高约束”的技术优势，向世界展示了中国在核聚变领域的卓越实力。中国科学院合肥物质科学研究院副院长宋云涛表示，这是从物理研究向工程实践迈出的坚实的一步，目前国际上同类型研究大多维持在70 - 100秒，EAST实现1000秒标志着我国在相关研究走到了世界前列 。

我国在核聚变领域已形成“短期攻坚-中期验证-长期商用”的清晰发展路径：

中国环流三号：未来3年将聚焦“聚变三乘积突破”，计划通过优化等离子体约束结构、升级加热系统，将聚变三乘积提升至5×10²⁰量级，接近劳逊判据的1/6；同时开展“氚自持燃烧”前期实验，测试氚在装置内的循环利用效率，为后续实验堆奠定燃料循环基础。

东方超环（EAST）：2026-2028年将启动“高功率长脉冲拓展”项目，目标实现2亿度2000秒运行，重点攻克“长时间等离子体边界控制”“超导磁体热负荷耐受”等难题；此外，还将与国内高校、企业联合开发“聚变堆第一壁材料”，测试钨铜复合材料在高温、高辐射环境下的性能，解决聚变堆材料损耗核心问题。

国家长期战略：以“中国聚变工程实验堆（CFETR）”为核心，分三阶段推进：2025-2035年完成CFETR建设，实现1GW聚变功率、3000秒燃烧运行，验证聚变堆关键技术；2035-2050年开展“商用示范堆”研发，目标实现连续稳定发电，电价控制在0.3元/千瓦时以内；2050年后推动核聚变电站商业化推广，力争让核聚变能源占我国电力结构的15%-20%，成为主力能源之一。

这些举世瞩目的成就，凝聚着我国科研人员多年来的心血与智慧，也引发了大众的好奇：为何科学家们对“人造太阳”的研究如此执着？核聚变能源又将为人类未来带来哪些变革？想要解答这些疑问，我们不妨从核聚变与托卡马克装置的基本原理说起。

太阳，作为地球上万物生长的能量源泉，其内部无时无刻不在进行着剧烈的核聚变反应。在太阳核心，高达1500万摄氏度的超高温与超强压力环境下，氢原子核相互碰撞、融合，最终聚变为氦原子核，这一过程释放出的能量超乎想象。这些能量以光和热的形式穿越广袤无垠的太空，抵达地球，滋养着世间万物，维持着地球上的生命系统。

核聚变，从本质上来说，就是将轻原子核聚合形成重原子核，同时释放出巨大能量的过程。它与我们熟知的核裂变有着明显区别：核裂变是将重原子核分裂成多个轻原子核来释放能量，就如同把“大木头”劈成小块；而核聚变则是让轻原子核相互靠近、融合，就像把“小气泡”聚合成“大气泡”，进而爆发出强大的能量，这一过程类似于点燃氢气球时瞬间释放的能量。在众多核聚变反应中，氘 - 氚（D - T）反应被认为是未来最具潜力的能源来源之一。这种反应会生成氦（He）和中子（n），不仅反应截面较大，对粒子能量的需求也相对较低，十分契合未来核聚变发电的需求。

人类对核聚变的探索，始于上世纪中叶。1952年，世界上第一颗氢弹成功试爆，这让人类第一次切实感受到了氘氚核聚变反应蕴含的巨大能量。然而，氢弹爆炸是不可控的核聚变反应，无法为人类提供稳定、持续的能源输出。于是，科学家们开启了在地球上实现可控核聚变的征程，希望能像太阳一样，让核聚变反应按照人类的需求稳定进行，持续为人类供能，“人造太阳”的探索之旅就此拉开帷幕。

然而，在地球上实现可控核聚变并非易事。太阳凭借其巨大的质量，产生强大的引力场，能够将氢气压缩到极高的温度和密度，从而维持核聚变反应。但地球无法复制这样的条件，科学家们只能另寻他法。经过多年不懈研究，磁约束核聚变成为最具前景的方案之一：利用强大的磁场，将高温状态下的等离子体（一种电离气体）约束在密闭容器中，使其达到核聚变所需的条件。在众多磁约束装置中，托卡马克（Tokamak）装置凭借出色的等离子体约束能力和稳定性，成为当前研究的主流。

托卡马克一词源于俄语，意为“带磁线圈的环形腔” ，由苏联科学家在20世纪50年代发明。它的核心结构是一个形似甜甜圈的环形真空室。在真空室内，中性气体（通常是氘和氚的混合物）在极端高温和压力下被电离，转化为等离子体。由于等离子体中的粒子带有电荷，周围强大磁体形成的螺旋状磁场能够牢牢“抓住”这些带电粒子，将高温等离子体约束在远离容器壁的位置，避免其与容器壁接触而降温，为核聚变反应创造适宜的环境。如果把太阳比作一个天然形成的巨型“磁笼子”，那么托卡马克就是人类在地球上精心打造的微型“磁笼子”。在科幻电影《钢铁侠》中，托尼·斯塔克胸前的方舟反应堆，正是托卡马克装置的艺术化呈现，它通过核聚变反应为钢铁战甲提供了强大且清洁的能源，让我们对核聚变的强大能量有了更直观的感受。

要实现可控核聚变，必须满足极为严苛的条件，这也是几十年来核聚变商业化进程缓慢的主要原因。20世纪50年代，英国科学家劳逊提出了聚变点火条件（也称劳逊判据）：要实现可观的氘氚聚变，等离子体密度、温度和能量约束时间的乘积（即“三乘积”）必须大于3×10²¹千电子伏特·秒/立方米。这个“三乘积”就像是衡量核聚变装置水平的关键“成绩单”，三个参数缺一不可，且都要达到极高标准，才能实现稳定的核聚变反应。

如果用烹饪来比喻核聚变，它就像是一道对食材、火候和烹饪时间都极为挑剔的“顶级料理”：温度必须足够高（超过1亿度），如同精准把控火候，让食材熟透；燃料必须是高密度的氘氚混合物，就像选用最新鲜、最优质的食材；同时，能量约束时间要足够长，好比需要耐心等待食材充分吸收热量，达到最佳烹饪效果。这三个条件相互关联、相辅相成，任何一项不达标，都无法烹制出这道“核聚变美味”。尽管面临重重挑战，但全球科学家们凭借着对科学的热爱和执着，不断攻克技术难题，向着可控核聚变的目标稳步迈进。

我国在核聚变领域取得的每一项突破，都具有重大的科学意义。中国环流三号实现百万安倍亿度的H模运行，标志着我国在等离子体电流驱动技术方面已跻身世界前列，为解决非感应电流驱动（一种不依赖外部电流注入、靠等离子体自身粒子运动维持电流的技术，是未来聚变堆长期稳态运行的核心难题）这一关键技术难题提供了全新的思路和宝贵的实验依据。此前的“双亿度”突破，更是为研究阿尔法粒子物理问题（氘氚聚变会产生阿尔法粒子，其能量如何被等离子体吸收、是否会干扰等离子体稳定，是聚变堆设计必须解决的关键物理问题）搭建了理想的实验平台，助力科学家深入探索核聚变反应中的微观物理过程，揭开核聚变的神秘面纱。

东方超环（EAST）此次实现超亿度1066秒长脉冲高约束模等离子体运行，同样意义非凡。EAST团队通过等离子体芯部与边界协同控制 ，结合主动冷却技术，将ELM强度降低至可容忍范围，首次实现千秒量级稳定运行 。这一成就表明，我国科学家在长时间维持等离子体稳定运行方面取得了突破性进展，其全超导技术路线的成功实践，也为未来大型商用聚变堆的设计提供了“低能耗、长稳态”的技术范本，充分验证了聚变堆高约束模稳态运行的可行性，EAST的实验数据直接验证了ITER高约束模稳态运行的可行性，并为中国聚变工程实验堆（CFETR）的设计提供了关键参数（如β_N=2.5，H98y2=1.2），为未来建造商用核聚变反应堆积累了丰富经验，也让我们离核聚变能源商业化的目标更近了一步。基于EAST经验，中国已启动CFETR工程设计，目标实现聚变功率1 GW、燃烧时间3000秒，计划2035年建成 。

除了我国取得的丰硕成果，全球核聚变研究领域也在不断取得新进展。国际热核聚变实验堆（ITER）组织官网4月30日宣布，经过数十年努力，这一由30多个国家参与建造的“人造太阳”已完成其“电磁心脏”——世界最大、最强的脉冲超导电磁体系统的全部组件建造。该成果被ITER称为“里程碑式的成就”，标志着人类向实现可控核聚变能源迈出关键一步。其聚变原理是将氢同位素结合形成氦，并在过程中释放出巨大能量——这与太阳的能量来源相同。与目前的核能发电不同，聚变不会产生长期的放射性废物，而且使用的燃料在海水中含量丰富。在全面运行时，ITER预计仅需输入50兆瓦的加热功率，即可产生500兆瓦的聚变功率，十倍能量增益将证明聚变作为能源的可行性。真空容器组装完成后，中央螺线管将安装在中心。在法国南部的组装现场，俄罗斯制造的9米直径环形磁体正与中国生产的10米磁体精密对接。ITER的突破在于首次在工业级规模验证了托卡马克装置的可行性——要知道，其真空容器单是焊缝就长达130公里，相当于北京到天津的距离 。

德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所（IPP）团队6月3日宣布，在此前结束的任务期间，Wendelstein7-X（W7-X）实验项目创下了一项新的世界纪录：成功地维持了长等离子体放电三重积长达43秒的新峰值。这标志着W7-X超越了其他类型的磁约束装置在这方面的表现，同时，该成果也为未来聚变电站的发展提供了重要技术支持。此次新成就也得益于美国橡树岭国家实验室开发的一种新型颗粒喷射器，该设备能够向等离子体中注入冷冻氢颗粒，从而实现长时间的等离子体维持。通过精确控制微波加热和颗粒注入之间的平衡，团队首次实现了按预编程的脉冲频率，成功操作将颗粒注入。这一进展对未来的聚变反应堆具有直接的意义，可能使等离子体持续时间大幅延长。更重要的是，该实验还见证了超过2000万摄氏度的等离子体温度，峰值达到了3000万摄氏度，进一步证明了仿星器技术在实现可控核聚变方面的巨大潜力。主流的托卡马克装置通过外部线圈和等离子体内部电流产生磁场，编织成 “磁笼”约束等离子体，而仿星器则仅依赖外部复杂磁线圈产生磁场。仿星器的设计由于缺少电流，使其避免了电流引发的不稳定性，运行天然稳定，在长时间稳定约束等离子体方面更具潜力，被视为未来商业反应堆的重要候选方案 。

美国国家点火装置（NIF）实现点火成功，让惯性约束核聚变研究迈出了重要一步。这些成就，都是人类在追逐“人造太阳”道路上留下的坚实脚印，见证着人类探索未知、追求能源变革的决心和勇气。

从人类历史上第一次钻木取火开始，能源就一直是推动文明进步的核心力量。从最初依赖柴薪，到后来广泛使用煤炭、石油，再到如今核能的逐步应用，每一次能源革命都深刻改变了人类社会的生产生活方式，推动着人类文明不断向前发展。而核聚变能源，作为一种清洁、高效、可持续的能源形式，或许将成为下一次能源革命的核心，为人类文明的发展开辟全新的篇章。

一旦核聚变能源实现商业化，其在太空探索领域将发挥巨大作用。目前，航天器主要依靠化学燃料推进，能量密度低、航程有限，前往火星等遥远星球需要数月甚至数年时间 。而核聚变引擎则有着本质区别，它利用核聚变反应产生的巨大能量推动飞船前进，能让宇宙飞船获得更高的速度和加速度，大幅缩短星际旅行时间。搭载核聚变引擎的宇宙飞船，或许能在短短几个月内将人类送往火星，让人类对火星的探测和开发更加频繁与深入，建立火星基地也将变得更具可行性。未来，甚至有可能向着太阳系外的行星进发，开启人类星际探索的新纪元，实现科幻作品中人类在宇宙中自由穿梭的梦想。

在海底城市建设方面，核聚变能源的应用也极具前景。目前，人类对海洋的开发利用还相对有限，主要原因之一就是能源供应问题。海底环境复杂，传统能源难以满足长期、稳定的能源需求 。而核聚变能源清洁、高效、可持续，能够为海底城市提供充足的电力。依靠核聚变能源供电的海底城市，可以拥有完善的生态系统，包括海水淡化系统、照明系统、维持适宜温度和压力的系统等，为不断增长的人口开辟出全新的生存空间，拓展人类的生存边界。同时，海底丰富的资源也能得到更充分的开发和利用，促进人类社会的进一步发展。

与太阳能相比，核聚变能源具有明显优势。太阳能受天气和昼夜变化影响较大，阴天、夜晚等情况下发电效率会大幅降低，且需要大面积的太阳能板来收集能量 。而核聚变能源不受这些因素制约，可实现稳定、持续的能源输出。在占地面积上，相同功率下，核聚变发电设施所需的占地面积远远小于太阳能发电场——以1000兆瓦装机容量为例，核聚变电站核心区域仅需约0.5平方公里，而太阳能发电场需依赖约25-30平方公里的光伏板阵列，更适合在土地资源紧张的东部沿海或城市周边布局。

风能同样存在间歇性问题，我国西北风电基地受季风影响，冬季发电量常较夏季减少40%以上，且需配套建设大规模储能设施平衡电网波动；而核聚变能源可实现24小时连续稳定供电，年发电利用小时数可达8000小时以上（传统火电站约5000-6000小时），无需依赖储能即可直接接入主干电网，大幅降低电网调度难度。

传统化石能源不仅面临“开采成本递增”困境——我国深层煤炭开采成本已较2010年上涨60%，还需承担环境治理成本（如燃煤电厂脱硫脱硝成本约0.03元/千瓦时）；核聚变能源的燃料成本极低，1吨海水提取的氘可等效于300吨汽油，若按我国年发电量8万亿千瓦时计算，全年仅需消耗约200吨氘，燃料成本占比不足0.1%，且无环境治理负担，长期经济性优势显著。

在国际合作中，我国不仅是技术参与者，更逐步成为规则贡献者：在ITER项目中，我国除承担10米超导磁体、真空室部件等核心设备研制外，还主导了“等离子体边界控制”“氚增殖剂测试”两大关键子课题，提出的“主动反馈控制算法”已被纳入ITER全球实验方案，成为国际通用技术标准。此外，我国与欧盟联合发起“聚变能源联合实验室”，2025年已启动“先进偏滤器技术”联合研发，计划2028年前完成适用于商用堆的偏滤器原型件，该技术可解决聚变堆“高温等离子体与容器壁接触”的核心难题，目前已申请12项国际专利。

竞争层面，各国技术路线差异形成差异化比拼：美国侧重惯性约束路线，NIF装置虽实现“点火突破”，但每次实验需消耗300万美元激光燃料，且脉冲间隔长达数小时，难以实现连续发电；我国选择的磁约束托卡马克路线，在“长稳态运行”上优势显著——EAST的1066秒运行数据，已为商用堆“连续发电”提供关键验证，且我国在高温超导材料领域的突破（自主研发的钇钡铜氧超导带材临界电流密度达5000安/平方厘米，较美国同类产品高30%），让CFETR的建造成本较ITER降低约25%，在经济性竞争中占据先机。

同时，竞争也推动技术协同：德国W7-X仿星器团队已与我国合肥物质科学研究院达成协议，共享“等离子体稳态控制”实验数据；我国向美国橡树岭国家实验室提供高功率微波加热技术支持，换取其颗粒注入器的核心设计参数，形成“竞争中合作、合作中突破”的全球格局。

核聚变能源商业化将带动一条万亿级产业链发展：上游领域，高温超导材料、高功率微波器件、特种金属（如钨铜复合材料）需求将爆发——仅CFETR建设就需约500吨高温超导带材，带动国内超导产业规模从当前的20亿元/年提升至2035年的200亿元/年；中游装备制造环节，聚变堆专用的“超导磁体线圈缠绕设备”“高真空阀门”等，目前全球仅3-4家企业能生产，我国已通过“揭榜挂帅”培育出上海超导、成都海光等企业，预计2030年前可实现80%核心装备国产化，打破国外垄断后设备价格可降低50%以上。

对能源市场而言，核聚变能源将重塑电力格局：我国“西电东送”工程每年需投入约800亿元用于特高压线路建设，若2050年核聚变电站覆盖东部15%的电力需求，可减少约3条特高压线路建设，年节约输电损耗约120亿千瓦时（相当于一个中等城市的年用电量）。同时，核聚变能源的零碳属性，将助力我国实现“双碳”目标——据测算，一座1000兆瓦核聚变电站每年可替代约300万吨标准煤燃烧，减少800万吨二氧化碳排放，相当于种植2.2亿棵树的生态效益。

此外，核聚变技术的“外溢效应”将带动相关产业升级：其衍生的“高精度磁约束技术”可用于医疗领域的核磁共振设备，将成像分辨率提升20%；“极端环境材料技术”可应用于航空发动机涡轮叶片，延长使用寿命3倍以上，形成“聚变技术-关联产业”的良性循环。

除传统科普活动外，我国正探索“沉浸式科普”新模式：中国科学院合肥物质科学研究院打造了“虚拟EAST实验室”，公众可通过VR设备“走进”环形真空室，直观观察等离子体约束过程，2025年上线半年内访问量已超500万人次；抖音、B站等平台发起“我的聚变梦想”短视频征集活动，科研人员通过“动画+实验演示”形式，用“1分钟讲清H模运行”“等离子体为什么像‘发光面团’”等通俗内容，吸引超2000万青少年关注。

在公众参与科研方面，我国试点“聚变科普众筹”项目：2025年针对“聚变堆材料测试”发起的众筹计划，公众可通过捐赠10-1000元支持不同量级的实验，捐赠者可定期收到实验进展报告，甚至参与“材料样品命名”“实验参数投票”等互动环节，首批众筹已募集资金800万元，吸引3万余名公众参与，既为基础研究补充资金，也让公众从“旁观者”变为“参与者”。

信息来源:

https://www.cnnc.com.cn/cnnc/xwzx65/mtjj91/180244fd848f45238b8dbbd0441ea3a7/index.html?use_xbridge3=true&loader_name=forest&need_sec_link=1&sec_link_scene=im&theme=light

https://www.cnnc.com.cn/cnnc/xwzx65/zhyw0/281e65f40ed240b3b4f97ffea6550338/index.html?use_xbridge3=true&loader_name=forest&need_sec_link=1&sec_link_scene=im&theme=light

https://m.toutiao.com/article/7486876693907407400/?upstream_biz=doubao&use_xbridge3=true&loader_name=forest&need_sec_link=1&sec_link_scene=im&theme=light

来源：走了就是走了383