“一团耀眼的白光从山脉尽头升起……”刘慈欣在《三体》中描绘的核聚变发动机，如今正从科幻场景迈向现实。
01
央企集结：打造“人造太阳”的中国方案
两年前，当《流浪地球》中行星发动机点燃苍穹时，中核集团一句"你们尽管想象，我们负责实现"的宣言，揭开了中国科幻与尖端科技双向奔赴的壮丽篇章。在这场关乎人类能源未来的探索中，以中核集团、中国核电为代表的央企军团，正将科幻设定转化为现实图景，用"人造太阳"技术书写着新时代的硬核浪漫。
两年后的今天，中国核电与浙能电力宣布合计增资17.5亿元入股中核集团旗下的中国聚变能源有限公司，标志着可控核聚变产业化进程迈出关键一步。中核集团牵头的可控核聚变创新联合体已扩容至33家单位，涵盖央企、科研院所及高校，目标直指2050年前后实现商用发电。
目前我国磁约束聚变技术已实现重大突破——新一代“中国环流三号”等离子体电流达1.6兆安（国际领先），东方超环（EAST）更创下1066秒长脉冲高约束模运行世界纪录，技术优势显著。
可控核聚变作为“能源终极解决方案”，其燃料氘可从海水中提取，理论储量可供人类使用数百亿年，且零碳排放。中信证券预测，2030—2035年全球核聚变装置市场规模有望达2.26万亿元，超导材料、真空室部件等细分领域将率先爆发。
而另一则重磅消息则是3月4日，中核集团聚变领域首席科学家段旭如委员向科技日报记者表示，我国可控核聚变能应用预计将在2045年左右进入示范阶段，有望在2050年前后实现商业化发电。
众所周知，当前可控核聚变技术路线主要有三种——重力场约束核聚变、激光惯性约束核聚变和磁约束核聚变。其中，磁约束核聚变研究装置包括托卡马克、仿星器、反向场箍缩、场反位形（FRC）及磁镜等。
中核集团是中国两大核电龙头之一，其下属核工业西南物理研究院是最早致力于可控核聚变和等离子体物理研究的专业科研院所，也是中国核能“三步走”发展战略中聚变堆研发的核心单位。
中核集团的核工业西南物理研究院曾先后主导建成中国环流一号、环流二号科学装置，并在2020年自主设计建造成功第三代聚变平台— —新一代人造太阳“中国环流三号”（HL-2M）。HL-2M也是中国规模最大、参数最高的先进托卡马克装置。但一直未有商业化落地的实质性动作，直至2023年12月29日，在以“核力启航 聚变未来”为主题的可控核聚变未来产业推进会上，由中核集团牵头，联合24家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体宣布成立，并举行了中国聚变公司（筹）的揭牌仪式。
02
技术突围
从 “跟跑” 到 “领跑” 的硬核突破
在四川深山的核工业西南物理研究院，一台直径8米、重达400吨的“钢铁巨环”正以1.2亿摄氏度高温灼烧等离子体，持续刷新人类可控核聚变纪录。与此同时，中核集团、国家电网、东方电气等12家央企组成的“国家队”悄然完成战略集结——这场涉及超导材料、巨型电网、精密制造的科技会战，标志着中国正将“人造太阳”从科幻文本搬进现实实验室。
解决核聚变温度、密度、约束时间三个方面的“可控”主要有三种路径：磁约束、激光约束和箍缩。
激光约束采用多台超大功率激光器，对准封装核燃料的氢气小球，同时发射激光，加热和压缩氢燃料，激光在进入环空器后，会击中内壁并使其发出X射线，然后这些X射线可以将其加热到1亿摄氏度，高能激光会使小球表面等离子体化，其余中心材料受到牛顿第三定律驱使，最终会向中央坍缩发生内爆。在内爆时，只要对燃料球给予正确的高温高压就能发生反应，放出大量能量。
箍缩则跟激光聚变类似，把激光换成电流。
而磁约束则是利用磁场约束带电粒子沿磁力线运动，发生核聚变反应需要把核聚变燃料氘氚加热到上亿度，形成等离子体，使得质子不被电子包裹，做高速热运动，两个质子发生碰撞，产生热量；由于等离子体温度极高，通过磁场约束质子运动，从而避免等离子体接触到容器。
从目前来看 ，磁约束核聚变被看做较为可行的路径，我国采用的正是磁约束路线，而磁约束核聚变实现装置主要是托卡马克和仿星器。
托卡马克在1958年由苏联科学家发明，主要由环形真空室、产生磁场的线圈和其他辅助设施组成。中央是一个环形真空室，里面注满气体，外面缠绕着线圈。线圈通电后，会在托卡马克内部产生巨大的螺旋型磁场，里面的气体将被电离成等离子体并形成等离子体电流。当等离子体被加热到极高温度后，便可实现核聚变。
相比仿星器，托卡马克的优点在于结构简单、造价低，只需要真空室和线圈，线圈的结构是规则的，比仿星器扭曲的线圈造价低太多。同时，托卡马克的生产周期更短，规则的线圈可以很快造出来，装置迭代也更快。
此外，托卡马克的加热成本较低，可以直接依靠线圈进行加热，而仿星器不能依靠线圈直接加热，只能依靠比较昂贵的微波和中性束的手段去加热。
当下，托卡马克是目前全球各国投入最大、最接近核聚变条件、技术发展最成熟的途径。
世界上第一个超导托卡马克是1978年苏联的T-7，它在工程上验证了超导磁体能够在托卡马克上实现连续稳态运行。聚变电站要求数亿度的等离子体必须实现稳态运行，然而之前装置的运行结果仅仅持续数秒钟，这是因为用来产生磁场的电流非常大，常规托卡马的磁场线圈不能长时间负荷，无法实现连续运行，于是超导技术被引入到托卡马克的线圈上，以解决大电流和损耗的问题。
1993年HT-7建成，中国成为世界上继俄、法、日之后第四个拥有超导托卡马克的国家。HT-7的建成和成功运行使中国在托卡马克相关的超导、低温制冷、强磁场等研究都登上新的台阶。2008年，HT-7实现了长达400s的等离子体放电，这是当时国际同类装置中时间最长的等离子体放电。2012年，HT-7在全面完成预定科学技术目标的背景下正式退役。
早期的超导托卡马克准确来说是“半超导托卡马克”，因为基本都只在纵场线圈部分实行了超导，而其他线圈还是用的普通导体材料。儿东方超环EAST由等离子体所于1996年提出，2006年建成，项目总经费1.65亿元，是世界上第一个在所有磁体上都使用超导材料的全超导托卡马克。
EAST高11米、直径8米、重达400吨，超导磁体系统由16个纵场TF线圈、6个等离子体控制PF线圈和6个中央螺线管CS线圈组成。EAST所有磁体都选用了铌钛合金NbTi作为超导材料，所有线圈均采用了导管内电缆CICC技术，以提供非常高的工作电流和足够的抗交流损耗能力。
03
各国可控核聚变技术快速突破
数代托卡马克的研究证实装置越大，磁场越强，越容易实现聚变反应和获得聚变能源，然而建造一个小型的托卡马克装置需要花费数亿-数十亿人民币，建造一个实验堆的投入需要数百亿-千亿人民币。
1985年，苏联、美国、欧盟、日本最先发起倡议建立国际热核聚变堆ITER，并于2001年完成最终设计报告。2006年，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国等正式签署ITER协定并于2007年成立ITER国际组织实施计划，项目总计划投资高达200亿欧元。
ITER可分为主体部分、配套系统。主体部分研制难度大，主要包括磁体系统、真空室、真空杜瓦、包层模块、偏滤器五个部分。配套系统需支撑庞大的装置运转，复杂性强，主要包括电源系统、加热与电流驱动系统、冷却水系统、诊断系统、低温系统等。中国承担了ITER装置9%的采购包任务，中科院等离子体物理研究所是中方任务的主要承担单位，自2009年以来主持了超导导体、校正场线圈、磁体馈线系统等制造任务。
随着研究的深入，各国可控核聚变技术快速突破。
2023年11月，美国NIF装置创造能量净输出记录，日本JT-60SA也成功实现点火。我国核聚变能研究开始于20世纪60年代初，从20世纪70年代开始，我国选择了托卡马克为主要研究路线。1993年，中国科学院等离子体物理研究所建成了第一台超导托卡马克装置HT-7。2002年，核工业西南物理研究院建成了具有偏滤器位形的中国环流器二号A装置(HL-2A)，2006年，世界上第一台全超导托卡马克装置东方超环(EAST)首次成功放电。
新奥聚变实验装置“玄龙-50U”
今年1月，EAST实验装置实现了超亿度、1066秒的长脉冲高约束模等离子体运行，创下了托卡马克装置稳态高约束模运行新的世界纪录。
根据环评信息，聚变新能正在建设紧凑型聚变能实验装置（BEST） 。BEST装置将在第一代EAST装置基础上，首次演示聚变能发电，并将率先建成世界首个紧凑型聚变能实验装置。
不过，中国核电也在公告中指出，可控核聚变技术目前仍处于发展阶段，技术突破需要长期研究和大量资金投入，结果具有不确定性。基于技术研发难度高，产业化进展周期长，投资聚变公司短期内实现盈利的可能性较低，也存在商业化落地失败的风险。
04
当挑战与曙光
能源革命的最后一公里
尽管中国“人造太阳”已实现1.2亿摄氏度等离子体运行101秒的突破，但距离商用仍面临三大挑战：持续稳定运行（目前以秒计）、材料耐受极限（堆芯材料需承受中子轰击）、经济性优化（建设成本高达百亿级）。央企的联合攻关，正从多维度寻求破局——例如中核集团研发的“抗中子辐照钢”可将材料寿命提升至商用标准，而人工智能技术的引入，让等离子体控制精度达到毫秒级响应。
总体而言，可控核聚变不仅是能源革命，更是文明层级的跃迁。
国务院国资委将其列为未来能源唯一方向，政策红利持续加码；全球资本亦加速涌入，行业融资额超 73 亿美元。在这场大国竞逐中，中国正以 “国家队 + 全产业链” 模式抢占制高点 —— 正如 EAST 装置内跳动的等离子体，央企联盟的技术突破与资源整合，正在将科幻小说中的 “无限能源” 梦想，锻造成一把开启零碳时代的钥匙。
这场 “双向奔赴” 的终极目标，或许正如《三体》所预言：当人类掌握恒星级能源时，文明的边疆将不再困守于地球一隅。
