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核聚變產業篇 | 恒星能量如何從宇宙走向商業電站?

2026/1/13
前言
核聚變一旦實現商業化運行,有望為人類提供大規模、持續、穩定的清潔能源。從長遠看,將有助于優化能源結構、降低長期能源成本,減少對化石燃料的依賴。作為一種幾乎無碳排放、燃料資源極豐富的能源形式,核聚變具備重要的環境價值,還能夠帶動高新技術產業集群發展,對國家能源安全與科技競爭力具有深遠的戰略意義。

BEST建設現場

2026年1月15日,《中華人民共和國原子能法》將正式實施。該法明確鼓勵和支持受控熱核聚變的研究與開發,并制定相應的安全監管措施,在防范風險的同時,為聚變能創新提供清晰的制度框架。

此前,2025年11月24日,中國科學院正式啟動“燃燒等離子體”國際科學計劃,面向全球開放包括中國下一代“人造太陽”——緊湊型聚變能實驗裝置(BEST)在內的多個領先實驗平臺,旨在匯聚國際力量,共同推進聚變能研發。

從國家立法到全球合作,一系列動向表明,核聚變已從遙遠的科學夢想,躍升為大國的戰略必爭之地和全球科技合作的前沿。

約束等離子體:一場技術長征

 托卡馬克裝置

自20世紀中葉以來,實現可控核聚變發電始終圍繞兩大目標:首先是“科學可行”,即在實驗中實現能量凈增益(Q>1),證明反應釋放的能量大于觸發并維持它所需的能量;其次是“工程可用”,即能夠持續、穩定、經濟地將聚變能轉化為電能。目前全球正通過多種技術路線并行攻堅。

1、突破能量增益
2022年,美國國家點火裝置(NIF)利用激光慣性約束,在單次實驗中實現了能量凈增益,具有重要的科學驗證意義。

然而商業發電需要的是長時間、穩態或高重復頻率的運行。國際大型磁約束項目——國際熱核聚變實驗堆(ITER)的核心目標之一,是實現并研究“燃燒等離子體”,即聚變反應主要依靠自身產生的α粒子加熱來維持,這是走向自持燃燒的關鍵物理階段。ITER計劃示范電站規模的能量增益(目標Q≥10)與長達數百秒的等離子體持續運行,為后續工程化鋪路。

2、中國的清晰路徑
我國聚變發展路徑明確:第一步以全超導托卡馬克裝置EAST等為核心,開展高溫長脈沖等離子體物理實驗;第二步以在建的中國聚變工程實驗堆(CFETR) 為主要平臺,瞄準燃燒等離子體穩態運行、聚變功率規模化以及部分能源演示目標;第三步面向未來商業示范堆,開展工程集成與經濟性驗證。

3、多元技術并行探索
除了主流的托卡馬克途徑,其他磁約束或慣性約束創新方案也在積極探索中,其技術路線隨研發進展不斷演進。例如,一些企業致力于探索更緊湊、更低成本的替代路徑,加拿大通用聚變公司采用液態金屬壓縮的磁化靶方案。美國TAE Technologies公司則長期研究基于氫硼聚變(又稱p-B11)的先進燃料路線,該路線理論上中子產額低,但實現條件極為苛刻。我國也涌現出多家聚變創業企業,積極探索不同類型的小型化、商業化聚變能源方案。這些探索共同拓寬了聚變能實現的可能性。

通往電網:攻克能量轉換,構建產業生態

全球首臺商用超臨界二氧化碳發電機組

在聚變堆中,氘氚反應產生的高能中子攜帶了大部分能量,需要通過包層結構予以吸收,將其動能轉化為熱能。冷卻劑在包層中流動,帶走熱量并經由熱交換系統傳遞給發電循環工質。

對于未來聚變堆可能產生的高溫熱源(超過500℃),超臨界二氧化碳布雷頓循環因效率高、系統緊湊等特點,被視為具有潛力的動力轉換方案之一。2025年12月,全球首臺商用超臨界二氧化碳發電機組“超碳一號”在我國貴州投運,該項目利用鋼鐵廠的中高溫燒結余熱發電,驗證了該循環在工程應用上的可行性,其發電效率相比原有技術提升了85%以上,為未來聚變能源系統的能量轉換積累了運行經驗與技術數據。

可控核聚變產業全景

與此同時,覆蓋聚變研發與未來產業的全鏈條生態正在我國逐步形成。以合肥為例,依托中國科學院等離子體物理研究所等機構,已集聚了數十家涉及特殊材料、高端裝備、電源控制、診斷測試等環節的企業,初步形成了聚變技術相關的產業集群。行業分析指出,隨著CFETR等國家重大工程的推進,2025年至2027年我國聚變領域將進入關鍵部件研發與原型設備采購的高峰階段,不僅涉及主機裝置本身,還將帶動高端制造、特種材料、精密工程、先進電源等一大批前沿產業的發展。

從愛丁頓1920年提出“恒星能量源于核聚變”的猜想,到今天全球范圍的實驗探索,人類追尋“人造太陽”的征程已跨越百年。如今,政策支持、全球協作、多元技術的賽跑正在形成強大的推進合力。盡管挑戰仍在,但每一步實質進展都讓我們更接近目標。未來一旦實現規模化應用,聚變能將為人類提供近乎無限、清潔安全且經濟的能源。