對(duì)于聚變能源的技術(shù)探索，上世紀(jì)五六十年代就已興起。但有關(guān)“終極能源”何時(shí)造福人類的答案，似乎一直停留在“再等50年”。
在昨天舉行的2025浦江創(chuàng)新論壇“未來能源：可控核聚變論壇”上，清華大學(xué)長(zhǎng)聘副教授、星環(huán)聚能創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家譚熠提出聚變能“十年可期”。就在一天前，中國(guó)科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)李政道研究所所長(zhǎng)張杰在浦江創(chuàng)新論壇主論壇上透露，上海將建首座聚變能商業(yè)電站，預(yù)計(jì)2030年前后完成所有關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，有望于2045年實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行。
從學(xué)界到業(yè)界，種種跡象表明，“聚變能成真”正一步步迫近。正如譚熠所說，人們之所以會(huì)形成“永遠(yuǎn)50年”的印象，根本原因在于社會(huì)對(duì)聚變能的需求并不迫切，導(dǎo)致投資減少、資源受限。他引用“托卡馬克之父”列夫·阿齊莫維奇的一句話表示：“當(dāng)整個(gè)社會(huì)都需要的時(shí)候，聚變就會(huì)實(shí)現(xiàn)。”
國(guó)內(nèi)外并進(jìn)，可控核聚變發(fā)展提速
可控核聚變有“人造太陽(yáng)”之稱，即以超高溫度將原子核合并，釋放巨大能量。所謂“磁約束聚變”，就是通過超強(qiáng)磁場(chǎng)來束縛熾熱的等離子體?？茖W(xué)界的主流選擇是制造形似甜甜圈的“托卡馬克”磁約束裝置，中央是環(huán)形真空室，外面纏繞多組線圈。1985年發(fā)起的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃，正是采用了全超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)路線。2006年，中國(guó)加入ITER，至今仍在為該項(xiàng)目挑大梁。
論壇現(xiàn)場(chǎng)，ITER國(guó)際組織副總干事羅德隆介紹了項(xiàng)目最新進(jìn)度。在零部件層面，ITER的19個(gè)環(huán)向場(chǎng)線圈已全部完成，6個(gè)極向場(chǎng)線圈也均已完成并交付。至于真空室，韓國(guó)已生產(chǎn)并交付所有4個(gè)扇段部件，歐盟于去年10月交付了第一個(gè)，第二個(gè)已于今年3月完工。
經(jīng)歷一段時(shí)期的拖延后，ITER組裝工作于2023年重啟，真空室第6、第7區(qū)段模塊組裝已于今年完成，分別吊裝到托卡馬克中。此外，去年12月18日，主控室進(jìn)行了首次測(cè)試。
除了參與國(guó)際合作項(xiàng)目，我國(guó)聚變能源領(lǐng)域也在加快布局。7月，中國(guó)聚變能源有限公司在上海掛牌成立，標(biāo)志著我國(guó)可控核聚變進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展新階段。論壇現(xiàn)場(chǎng)，中國(guó)聚變總經(jīng)理張立波介紹了研發(fā)進(jìn)展。
在建院60年的核工業(yè)西南物理研究院基礎(chǔ)上，中核集團(tuán)牽頭組建中國(guó)聚變。今年3月，西物院自主研發(fā)的新一代人造太陽(yáng)“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”突破“雙億度”，離子溫度達(dá)到1.2億度，電子溫度達(dá)到1.6億度。成果背后，是中性束加熱、電子回旋波等關(guān)鍵技術(shù)的突破，相關(guān)裝置已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
張立波指出，公司下一步的主要任務(wù)是“一目標(biāo)、三支柱、一平臺(tái)”，即主抓大科學(xué)實(shí)驗(yàn)、高溫超導(dǎo)磁體研制及聚變堆材料研發(fā)，借助數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，建設(shè)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆。
AI+高溫超導(dǎo)，破解三大技術(shù)挑戰(zhàn)
在地球上“制造太陽(yáng)”談何容易？論壇現(xiàn)場(chǎng)，專家們不約而同談到聚變能源的技術(shù)難題。
當(dāng)前，一些主流聚變項(xiàng)目基于“氘氚聚變”，即以輕原子核（氘和氚）結(jié)合成氦，釋放出巨大能量。對(duì)于這條相對(duì)最容易實(shí)現(xiàn)的路徑，復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代物理研究所、核科學(xué)與技術(shù)系教授許敏表示，氘氚聚變面臨三大挑戰(zhàn)，即燃燒等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行控制、耐高能中子輻照與高熱負(fù)荷材料、氚循環(huán)及氚自持。此外，托卡馬克固有的多變量特點(diǎn)、邊界條件的敏感多變，以及運(yùn)行規(guī)律和物理機(jī)制尚不完全清晰，都對(duì)運(yùn)行控制構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。
面對(duì)技術(shù)難題，與會(huì)專家提到兩條破解之道：人工智能與高溫超導(dǎo)。
許敏指出，在AI賦能下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體撕裂的預(yù)測(cè)，并能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)控磁場(chǎng)，以防止等離子體撕裂。此外，對(duì)于聚變相關(guān)材料，AI能夠完成機(jī)理研究，進(jìn)行材料初篩，加快科研進(jìn)程。
能量奇點(diǎn)公司首席執(zhí)行官楊釗表示，智能實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)能夠提升等離子體性能，實(shí)時(shí)不穩(wěn)定性仿真能夠降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和調(diào)試成本，智能化測(cè)量可減少測(cè)量需求、降低測(cè)量成本。
高溫超導(dǎo)技術(shù)則能讓聚變裝置小型化、緊湊化。楊釗指出，高溫超導(dǎo)磁體可提供更強(qiáng)磁場(chǎng)，在實(shí)現(xiàn)高聚變?nèi)朔e的前提下，大幅縮小裝置尺寸，降低建造成本，縮短建造時(shí)間，從而顯著提升裝置性價(jià)比，加速實(shí)現(xiàn)聚變能源商業(yè)化。
身為高溫超導(dǎo)托卡馬克一體化解決方案提供商，能量奇點(diǎn)公司建成運(yùn)行全球首臺(tái)全高溫超導(dǎo)托卡馬克“洪荒70”，成功研制全球最高場(chǎng)強(qiáng)大尺寸高溫超導(dǎo)D形磁體“經(jīng)天磁體”。
作為一家商業(yè)公司，能量奇點(diǎn)2年內(nèi)完成了洪荒70的研發(fā)、建造和運(yùn)行，創(chuàng)造了全球超導(dǎo)托卡馬克研發(fā)建造最快紀(jì)錄。而洪荒70不僅是全球4臺(tái)全超導(dǎo)托卡馬克裝置之一，更是首臺(tái)由商業(yè)公司研發(fā)建造的全超導(dǎo)托卡馬克。
事實(shí)上，近年來國(guó)內(nèi)外商業(yè)公司不斷發(fā)力。論壇現(xiàn)場(chǎng)，法國(guó)CEA聚變研究機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人、法國(guó)原子能中心磁約束聚變所所長(zhǎng)杰羅姆·布卡洛西介紹，在歐洲及世界各地，聚變能源創(chuàng)業(yè)公司已形成“生態(tài)系統(tǒng)”。據(jù)美國(guó)聚變行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，全球現(xiàn)有超過45家相關(guān)企業(yè)，私人投資總額已突破70億美元。歐洲各國(guó)也陸續(xù)成立聚變行業(yè)協(xié)會(huì)，促進(jìn)科技和金融領(lǐng)域的行業(yè)內(nèi)合作。
商業(yè)公司紛紛進(jìn)場(chǎng)，意味著聚變能源領(lǐng)域已初現(xiàn)商機(jī)。而商機(jī)的出現(xiàn)，意味著公眾對(duì)于聚變能源的需求變得愈發(fā)急切。
譚熠認(rèn)為，近年來，對(duì)綠色能源的迫切需求推動(dòng)了聚變能源領(lǐng)域的快速發(fā)展，這是“十年可期”的最大理由。而國(guó)內(nèi)外新裝置、新設(shè)施的密集建成，也讓整個(gè)行業(yè)在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展停滯后，再次呈現(xiàn)生機(jī)勃勃的創(chuàng)新局面。
他坦言聚變能源仍面臨諸多挑戰(zhàn)，但其快速解決之道就在于不斷迭代開發(fā)。譚熠打了個(gè)比方，雖然嬰兒的肌肉力量不強(qiáng)，神經(jīng)系統(tǒng)也不完善，走起路來磕磕絆絆，但每個(gè)人都是從蹣跚學(xué)步一路走來，且越走越穩(wěn)。在聚變能源領(lǐng)域，不需要等待“萬(wàn)事俱備”，完全可在發(fā)展中解決問題。
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