面向能源转型与高质量发展需求,核聚变被视为具有战略意义的未来能源路线之一。
与依赖化石燃料的传统发电方式不同,聚变能源理论上具有燃料来源广、能量密度高、碳排放低等优势,但其实现路径极为艰难,需要在工程系统上同时解决超高温等离子体约束、材料耐受、稳定运行和能量输出等多重难题。
当前我国核聚变研究进入由“科学可行”向“工程可行”加速跨越的关键阶段。
问题在于:能否稳定、可控、长时间地“点亮”并维持聚变反应,并将其转化为可持续的工程化能源输出。
这不仅关乎单次实验指标的突破,更关乎装置总体设计、运行可靠性、关键部件寿命、热管理与安全体系等系统能力。
核聚变不是某一项技术的单点胜利,而是以大科学装置为牵引、以高端制造和基础研究协同推进的综合性攻关。
原因在于核聚变运行所需条件接近“极限叠加”。
科研人员介绍,在相关装置运行过程中,需要在同一系统内实现上亿摄氏度的超高温、接近绝对零度的极低温环境、极高真空条件、强电流与强磁场等多类极端工况同时稳定存在,并实现精密测量、快速控制和长期可靠运行。
这些“极端条件”使核聚变研究天然具有牵引前沿科学、催生关键技术突破的特征,也决定了其从实验验证走向商业应用必须经历循序渐进的装置迭代和工程验证。
在此背景下,作为我国磁约束核聚变研究的重要平台,“人造太阳”EAST装置自2006年建成运行以来持续迭代升级,成为支撑我国聚变研究不断向高参数、长脉冲方向推进的关键装置。
近期在相关运行与实验方面取得的成果,反映出我国在等离子体控制、超导磁体、加热与电源系统、真空与低温等关键环节的系统能力不断增强,也为下一阶段装置建设与技术验证积累经验、验证路线。
影响主要体现在三个层面:其一,聚变研究的推进将带动超导材料、高功率电源、精密制造、真空技术、先进测控与数据处理等一批关键领域的跨越式发展,对提升我国高端装备与基础工业能力具有溢出效应。
其二,聚变作为未来清洁能源的重要备选方案,将为构建多元、安全、低碳的能源结构提供长期支撑,增强能源安全的战略回旋空间。
其三,大科学装置集群和稳定的科研体系,有助于培养高水平工程师与科学家队伍,推动科研组织方式与产学研协同能力提升。
对策上,业内共识是以装置迭代带动技术成熟,以体系化工程能力保障持续突破。
记者在合肥科学岛了解到,面向EAST之后的新阶段,新一代核聚变实验装置BEST建设正在按计划有序推进,目标是在2027年前后实现整体装置初步建成,并为后续更高水平的实验运行与工程验证奠定基础。
科研团队同时提出,力争在2030年前后开展聚变能演示发电相关探索。
这意味着我国正把科研目标从“提高等离子体参数”进一步延伸到“面向能量利用的系统验证”,强调从装置物理到工程集成、从单项技术到全链条能力的整体推进。
与此同时,推进聚变能走向应用仍需坚持问题导向、强化协同攻关。
围绕关键材料耐辐照与耐热性能、堆内关键部件寿命、氚燃料循环与安全、能量转换与热工系统效率、以及长期稳定运行的控制策略等核心环节,需要在基础研究、工程试验、产业支撑之间形成更紧密的联动机制。
通过标准体系建设、重大项目组织方式优化和开放共享平台完善,提升装置运行效率与成果转化效率,是加速从实验走向工程的关键抓手。
前景方面,科研人员提出到2040年前后推动聚变能实现人类使用的目标,体现出我国在未来能源领域持续投入、久久为功的战略定力。
应当看到,聚变能商业化既取决于科学与工程的进展,也取决于成本可控、可靠性、安全性和产业链成熟度。
短期看,聚变更重要的意义在于牵引前沿技术突破与高端装备能力提升;中长期看,随着装置验证、关键技术成熟和规模化制造能力形成,聚变有望在未来能源体系中占据一席之地,并与可再生能源、先进核能、储能及电网技术共同构成更安全、更清洁、更稳定的能源组合。
从EAST的持续突破到BEST的加快建设,我国核聚变事业正沿着“装置迭代—工程验证—示范应用”的路径稳步前行。
面向未来能源竞争与绿色转型大势,聚变研究既是一场对极限科学与工程能力的挑战,也是推动高端制造、基础科研和人才体系整体跃升的重要契机。
坚持战略投入、强化协同攻关、以工程化目标牵引技术成熟,才能让“人造太阳”的探索不断接近照亮现实生活的那一天。