我国核聚变研究实现历史性跨越 世界级装置集群引领未来能源变革

问题:能源转型进入深水区,安全、清洁、可持续的能源供给成为全球共同课题。

传统化石能源面临资源约束与环境压力,可再生能源加速发展,但在高比例接入条件下,电力系统调节能力、稳定性与长周期储能等问题仍需破解。

在此背景下,核聚变因燃料来源相对丰富、排放低、潜在安全性高,被视为未来重要的战略能源选项之一。

然而,从科学可行到工程可用,核聚变仍需跨越“高温等离子体稳定约束、长时间运行、材料耐受与关键系统可靠性”等一系列门槛。

原因:核聚变的核心难点在于把“太阳内部的反应”搬到地球并实现可控。

以托卡马克为代表的技术路线,需要在真空容器中将氘氚燃料加热成超高温等离子体,同时利用强磁场形成“无形容器”实现稳定约束。

温度越高、约束越稳、持续时间越长,越接近“点亮聚变”的工程目标,但对装置综合性能与系统协同提出极限要求:超导磁体、真空系统、加热与电流驱动、诊断控制、耐高热流部件以及面向中子辐照的材料体系,任何一环短板都可能制约整体跨越。

也正因如此,核聚变被公认为高度集成的“综合性大科学工程”,需要长期投入与持续迭代。

影响:我国核聚变研究正在形成从基础物理到工程技术、从关键材料到核技术环节的体系化推进格局。

2025年以来,多项进展显示我国在关键方向上实现“并行突破、相互支撑”:其一,位于合肥的“东方超环”EAST在高约束模等离子体稳态长脉冲运行方面刷新世界纪录,为验证稳态运行关键物理与控制策略提供重要支撑;其二,聚变堆主机关键系统综合研究设施CRAFT由多个系统构成,面向聚变堆工程化所需的关键部件与系统集成开展综合验证,推动从“能做实验”向“能建装置、能工程验证”迈进;其三,下一代紧凑型聚变实验装置BEST启动总装,瞄准更接近聚变堆关键问题的实验平台建设,强调面向聚变堆所需的关键核技术环节协同攻关。

三类装置的协同推进,意味着我国在核聚变领域从单点突破走向集群化、体系化创新,科研范式由“追赶”加速向“引领”转变。

对策:推动核聚变从科研装置走向未来能源选项,关键在于坚持系统工程思维,打通“材料—部件—系统—装置—运行”的全链条能力。

一是以长脉冲稳态运行与高约束控制为牵引,持续提升等离子体性能与运行可靠性,把“纪录”转化为可复制、可持续的运行能力。

二是强化面向聚变堆工况的工程验证平台建设,通过CRAFT等设施对关键系统进行集成测试与可靠性评估,尽早暴露工程问题、形成迭代闭环。

三是把材料与制造工艺作为基础性、先导性任务持续攻关。

以面对极端热流与辐照的“第一壁”“偏滤器”等部件为例,其材料不仅要耐高温、抗热冲击,还要在复杂工况下保持结构稳定。

相关研究显示,钨铜复合材料等面向高热负荷场景的新型材料与工艺突破,是提升装置上限、突破瓶颈的重要方向。

四是统筹关键核技术环节,围绕中子环境、氚相关技术与燃料循环等聚变堆必需能力,加强实验验证与工程化储备,形成面向聚变堆的综合解决方案。

五是完善大科学装置开放共享与协同创新机制,促进高校、科研院所与企业在关键部件国产化、工程制造与质量体系方面形成合力,推动科研成果向产业能力转化。

前景:从全球视野看,核聚变商业化仍存在不确定性,但可控聚变的工程路径正从“验证可行”转向“验证可用”。

我国在装置集群建设、关键系统验证与材料攻关方面的持续推进,有望在稳态运行、工程集成与关键部件可靠性等领域积累优势,为后续聚变堆方案论证与示范装置建设提供更坚实的技术底座。

与此同时,也需保持战略定力:核聚变的发展周期长、投入大、跨学科协同复杂,必须在目标牵引下处理好“基础研究与工程验证”“自主攻关与开放合作”“科研突破与安全规范”的关系,稳步推动从实验装置走向工程示范。

从"跟跑"到"并跑"再到局部"领跑",中国核聚变研究的跨越式发展,不仅彰显新型举国体制的科技攻关优势,更折射出对人类终极能源命题的深刻思考。

当科学岛上的装置集群持续点亮聚变之光,这场关乎未来能源格局的科技长跑,正在书写新的中国答卷。