能源是现代社会运转的基础支撑,也是实现碳达峰碳中和目标、提升国家安全能力的重要领域。
面向中长期发展,我国将氢能、核聚变能等纳入未来产业布局,体现出以科技创新塑造能源体系新优势的战略取向。
与已进入示范应用和产业化爬坡阶段的氢能相比,可控核聚变仍处于从科学探索迈向工程验证的关键阶段,但其燃料来源广、清洁低碳、安全性高等特征,使其被视为下一代能源的重要候选。
一、问题:能源转型进入深水区,稳定、清洁、可持续的“增量能源”需求凸显 当前,全球能源结构加速调整,可再生能源装机增长迅速,但仍面临间歇性、消纳与储能成本等挑战;传统化石能源在保供稳价中仍占一定比重,但减排压力持续增大。
如何在保障能源安全的前提下实现深度脱碳,关键在于形成能够长期稳定供能、环境代价更小的新型能源供给。
可控核聚变的目标是模拟太阳内部的聚变过程,在地面形成稳定、可控的高温等离子体,实现持续释放能量,为未来电力系统提供潜在的高密度清洁电源。
二、原因:从“能量原理可行”到“工程体系可行”,核心瓶颈在材料与系统集成 核聚变并非单一装置突破即可实现,其难点贯穿物理、材料、热工、超导磁体、真空、控制等多学科。
托卡马克作为目前国际上较成熟的技术路线之一,需要在真空室内将氘、氚等燃料加热到上亿摄氏度形成等离子体,并通过强磁场实现高精度约束。
要让“超级火焰”稳定存在并持续输出,必须解决三类关键问题:一是高温等离子体的长时间稳定运行;二是面向聚变堆的关键工程系统与部件可靠性;三是面对强热流和辐照环境的材料与制造工艺突破。
特别是在装置内部“第一壁”“偏滤器”等部位,热流密度极高,材料既要耐高温又要耐辐照、耐疲劳,这对基础材料研发和工程制造提出极限要求。
三、影响:装置集群“多点突破、协同验证”,推动我国从跟跑向并跑、领跑跃升 位于合肥西郊的科学岛,是我国核聚变研究的重要策源地。
2025年,这里连续传来进展,显示我国正以体系化布局推动聚变从实验迈向工程。
1月,“东方超环”(EAST)实现上亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行,刷新国际纪录,标志着在“高温、长时间、稳态”关键指标上迈出坚实一步。
5月,下一代紧凑型聚变实验装置BEST启动总装,意味着我国向面向聚变堆的综合验证平台进一步推进。
与此同时,聚变堆主机关键系统综合研究设施CRAFT进入全面建成收尾阶段,为聚变堆工程技术跨越提供关键支撑。
三项进展相互衔接:EAST侧重物理规律与运行模式的验证,CRAFT聚焦工程关键系统的集成与可靠性,BEST瞄准更贴近聚变堆需求的综合能力突破,合力构成世界级聚变研究装置集群雏形。
在材料攻关方面,相关设施通过强等离子体束流等手段模拟极端热负荷环境,对候选材料进行验证。
例如钨铜复合材料等面向核心部件的研发,体现出从“实验室样品”到“工程可用材料”的艰难跨越。
材料、工艺与测试平台的协同推进,不仅服务聚变本身,也将带动超导、先进制造、精密测控、极端环境材料等领域的能力提升,形成以重大科技基础设施牵引的创新链条。
四、对策:坚持“基础研究—工程验证—产业预研”一体推进,形成可持续创新体系 推进可控核聚变,需要以系统工程思维持续发力: 其一,强化原始创新与关键核心技术攻关。
围绕等离子体稳定性控制、高性能超导磁体、耐辐照材料、关键部件寿命评估、氚相关核技术等方向,形成持续、稳定的科研投入与攻关机制。
其二,发挥重大科技基础设施的集群效应。
通过EAST、CRAFT、BEST等平台的分工协同,建立从物理验证到工程试验再到关键部件定型的闭环,提高技术迭代效率,减少重复试错成本。
其三,推动产学研用深度融合与人才体系建设。
核聚变研发高度综合,需要既懂科学又懂工程的复合型队伍,同时也需要高端装备、材料与工艺企业更早介入验证和预研,为未来工程化与规模化奠定产业基础。
其四,统筹安全与规范体系建设。
随着工程验证深入,相关标准、测试评价体系与安全管理框架需同步完善,确保技术进步与风险管控并重。
五、前景:聚变商业化仍需时间,但“从0到1”的工程台阶正在被持续夯实 可控核聚变距离大规模商业化应用仍面临诸多不确定性:长周期稳定运行能力、材料寿命与可维护性、氚供应与循环、装置成本与经济性等问题仍需逐步突破。
尽管如此,重大进展的连续出现表明,我国已从单点突破转向体系化推进,正在把“可行性”不断转化为“可验证、可复制、可工程化”的能力。
随着装置集群逐步成势、关键材料与系统技术持续成熟,聚变从科研装置走向示范工程的路径将更加清晰,也将为我国未来能源安全与绿色低碳发展提供更具战略纵深的选项。
核聚变研究不仅是科技竞争的前沿阵地,更是关乎人类能源未来的战略选择。
中国正在合肥科学岛上勾勒出一幅世界级的核聚变研究图景,通过"三箭齐发"的装置集群建设,在物理、工程、材料等多个维度实现突破。
从无到有、从弱到强的跨越,反映了中国科技自主创新的坚定决心。
展望未来,随着核聚变研究向工程应用阶段的深入推进,这项"终极能源"技术有望在本世纪中叶前后实现商业化应用,为人类能源转型和可持续发展提供强有力的支撑。