當前, 能源安全、環(huán)境和氣候變化等問題成為21世紀面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)。因此，像核聚變能這樣的新能源研發(fā)一直為公眾和行業(yè)所關注。但是，熱潮之下也不乏隱憂。

據(jù)全球聚變工業(yè)協(xié)會FIA統(tǒng)計，截至2023年12月，全球共有43家私人核聚變公司，這些私營企業(yè)投資力度逐年增大，2022年投資總額較以往全部總額增加一倍，前后獲得投資總額超過62億美元。但我們作為從業(yè)者，一方面心里要有數(shù)，全球核聚變研究距離實現(xiàn)發(fā)電尚有距離，另一方面，更要有定力，路雖遠，行則將至。

（來源：中國核工業(yè) 作者：中核集團首席科學家 劉永）

01核聚變研究發(fā)展的主要趨勢

國際磁約束受控核聚變研究始于上世紀50年代，在研究進程中，先后探索了箍縮、磁鏡、仿星器、托卡馬克等眾多途徑，目標都圍繞如何提高等離子體的關鍵參數(shù)，最終滿足受控核聚變反應的條件。從上世紀70年代開始，托卡馬克途徑逐漸顯示出獨特優(yōu)勢，成為磁約束核聚變研究的主流途徑。國際上自托卡馬克開展實驗以來，等離子體綜合參數(shù)不斷提升，聚變工程技術也有了長足的進步，但距離實現(xiàn)應用,諸多關鍵技術仍存在很大挑戰(zhàn)。

為了驗證聚變的技術可行性, 需要建造一個具有聚變電站所需大多數(shù)技術特征的更大規(guī)模的托卡馬克裝置, 來試驗和演示聚變電站的關鍵技術, 并探索燃燒等離子體的新物理問題。為實現(xiàn)這一目標, 國際聚變界一致認為通過國際合作, 匯聚全世界的核聚變研究成果、主要國家的財力和科技能力, 才能加快這一階段的進程。為此, 規(guī)?？涨暗膰H合作計劃——國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃應運而生。我國也于2003年1月初正式宣布參加ITER計劃政府間談判。ITER是世界上第一個反應堆規(guī)模的受控熱核聚變設施,也是最終實現(xiàn)磁約束聚變能商業(yè)化發(fā)電最重要的科學和技術橋梁。

總體上看, 世界上主要發(fā)展聚變能的國家, 在圍繞建設本國聚變示范堆的目標下, 基本都是通過ITER合作獲得相應實驗堆設計、建造經(jīng)驗, 利用參與ITER運行以及本國（或國際合作）的大型托卡馬克裝置獲得燃燒等離子體物理、控制和運行經(jīng)驗, 同時, 圍繞在ITER合作中不能解決的聚變堆抗輻照材料等方面開展關鍵技術攻關。

就我國的情況而言，我國在1984年建成了核聚變領域第一座大科學裝置——中國環(huán)流一號托卡馬克裝置, 實現(xiàn)了我國核聚變研究從原理探索到中大規(guī)模裝置實驗的跨越；2002年我國建成第一個具有偏濾器位形的托卡馬克裝置中國環(huán)流二號；2006年，全超導托卡馬克裝置東方超環(huán)首次放電成功。2020年，中國環(huán)流三號建成，該裝置是我國目前規(guī)模最大、參數(shù)最高的磁約束核聚變實驗研究裝置，也是目前國際上首個具備在兆安培等離子體電流下實現(xiàn)多種先進偏濾器位形能力的核聚變先進研究平臺。

與此同時，國內(nèi)高校也建造運行一批聚變實驗研究裝置（如華中科技大學的J-TEXT、中國科學技術大學的KTX、清華大學的SUNIST等），整體來看，我國聚變技術已步入國際第一方陣。近期，隨著“聚變熱”，像能量奇點和星環(huán)聚這些民營公司也匯入了聚變產(chǎn)業(yè)的洪流。

02核聚變研究面臨的挑戰(zhàn)

作為未來能源，核聚變的挑戰(zhàn)來自于哪里？

我們知道聚變是宇宙能源，氘氚反應，能夠釋放出巨大的能量。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在燃料儲存豐富、固有安全性好、能效高。因此，它被認為是最終解決能源問題的選項。核聚變有很多模式，主流的磁約束裝置都需要實現(xiàn)上億度的高溫，其實現(xiàn)難度可想而知。核聚變工程必然是一個大工程，比如ITER項目，從其開展過程中，我們可以看到從事這一研究所需要的龐大的系統(tǒng)、龐大的投入。

當前，核聚變堆面臨的三大挑戰(zhàn)是避不開的。一是燃燒等離子體問題，二是抗輻照材料問題，三是氚增殖與自持循環(huán)問題。面對三大技術挑戰(zhàn)，可控核聚變?nèi)匀挥写罅考夹g難關需要攻克。在應對三大挑戰(zhàn)上，國內(nèi)外都在積極地籌劃下一步的發(fā)展，而且有些進展還是比較大的。對于這些挑戰(zhàn)的應對，各個國家政府的態(tài)度都是比較理性的，基本上鎖定在2050年達成目標。

核工業(yè)西南物理研究院的中國環(huán)流三號建成以后，一直備受各方的關注。推進核聚變技術，中核集團核聚變研發(fā)的整體路線圖已勾勒出來，并且仍在不斷地優(yōu)化。但是這個過程需要一段較長的時間。

巨大的挑戰(zhàn)是客觀的，但是我更想強調(diào)的是“定力”。作為前沿顛覆性技術，核聚變是大國競爭的重要賽道，所以國際上普遍聚焦于核聚變在本世紀中葉走向商業(yè)。我國政府非常重視核聚變的發(fā)展，國資委已經(jīng)在去年將其作為未來能源產(chǎn)業(yè)重要方向之一。所以從這個意義上講，現(xiàn)在國家相關部委都在重視、跟蹤、研討、分析各種各樣的可能性，以使我們在大國競爭的主賽道里立于不敗之地。

事實上，我們都知道科技工程有其不確定性, 這也許正是科學技術發(fā)展的魅力所在。雖然目前看來，抗輻照材料是難題, 但該技術取得突破后，將給聚變研發(fā)帶來極大的提速；而國家對能源結構轉型的迫切需求和對聚變研究支持力度的加大, 以及國內(nèi)外包括裝備制造、新型材料、人工智能等在內(nèi)的科技進步對聚變的加持也會加速其實現(xiàn)。從這個意義上講，我們又可以更加樂觀一些。

無論如何，經(jīng)過半個世紀的努力，曙光已現(xiàn)。我相信經(jīng)過共同的努力，人類的聚變夢想最終能夠實現(xiàn)。