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大跨界！中國(guó)石油強(qiáng)化布局可控核聚變

來(lái)源：中國(guó)電力報(bào) 時(shí)間：2025-07-03 11:13

　　中油資本近日發(fā)布公告，擬出資6.55億元，與控股股東中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司、中國(guó)石油天然氣股份有限公司以自有資金按原有持股比例共同向參股公司中國(guó)石油集團(tuán)昆侖資本有限公司進(jìn)行增資，用于投資可控核聚變項(xiàng)目。此次增資合計(jì)出資金額為32.75億元。

　　這并非中國(guó)石油首次涉足核聚變領(lǐng)域。早在去年，聚變新能（安徽）有限公司發(fā)生工商變更，新增股東中國(guó)石油集團(tuán)昆侖資本有限公司、合肥科學(xué)島控股有限公司，兩者各自出資29億元、持股比例均為20%。這意味著中國(guó)石油集團(tuán)正式入局核聚變領(lǐng)域，此舉引發(fā)了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

　　可控核聚變被稱為人類(lèi)的“終極能源”。中國(guó)工程院院士葉奇蓁曾表示，核聚變能是顛覆性的核能技術(shù)，一旦攻克將為人類(lèi)提供取之不盡的能源，聚變堆也是世界各大國(guó)高度合作與競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)領(lǐng)域，同樣也是我們必須要堅(jiān)持發(fā)展的核能技術(shù)。

　　光明日?qǐng)?bào)刊文：“人造太陽(yáng)”，何時(shí)成真

　　6月26日，《光明日?qǐng)?bào)》16版刊登了文章《“人造太陽(yáng)”，何時(shí)成真》，文章梳理了國(guó)內(nèi)托卡馬克研究的歷史、現(xiàn)狀與未來(lái)展望，同時(shí)還針對(duì)兩個(gè)問(wèn)題作了專(zhuān)門(mén)的回答。作者是中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史所張志會(huì)、中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所蔡其敏。

　　以下是報(bào)道原文：

　　可控核聚變，被譽(yù)為“終極能源”，其原料幾乎取之不盡，且沒(méi)有污染——核聚變生成物為氦，不會(huì)產(chǎn)生高放射性核廢料。從自主建造全球首臺(tái)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST到深度參與國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER，從夸父大科學(xué)工程CRAFT到緊湊型核聚變裝置BEST，以及預(yù)研中的CFEDR，中國(guó)核聚變研究正從追趕者躍升為領(lǐng)域核心力量。

　　核聚變能，人類(lèi)追求的“終極能源”

　　核聚變的原理是模擬太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱，利用氫的同位素氘和氚的核聚變反應(yīng)，持續(xù)穩(wěn)定地釋放出巨大能量?？煽睾司圩儗?shí)驗(yàn)裝置往往被稱為“人造太陽(yáng)”。溫度和密度以及約束時(shí)間三者乘積，即“聚變?nèi)朔e”，是實(shí)現(xiàn)核聚變點(diǎn)火的關(guān)鍵指標(biāo)。迄今為止，磁約束聚變和慣性約束聚變是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的兩種關(guān)鍵技術(shù)路徑，其中磁約束托卡馬克裝置最為主流。

　　20世紀(jì)五六十年代，各國(guó)科學(xué)家積極研究并探索多種可控核聚變技術(shù)方案，其中，托卡馬克技術(shù)以其出色的性能最受青睞。1958年，世界上第一臺(tái)托卡馬克裝置T-1在蘇聯(lián)成功建成并開(kāi)始運(yùn)行。我國(guó)核聚變研究開(kāi)始迅速起步。20世紀(jì)60年代，我國(guó)抽調(diào)多家單位人員在四川樂(lè)山組建585所（中國(guó)核能集團(tuán)西南物理研究院的前身），從事受控核聚變研究。此后，585所陸續(xù)研制“環(huán)流”（HL）系列常規(guī)導(dǎo)體托卡馬克裝置。

　　20世紀(jì)60年代中期，蘇聯(lián)科學(xué)家依托第三個(gè)托卡馬克裝置T-3成功實(shí)現(xiàn)1000萬(wàn)度等離子體放電，這項(xiàng)突破性進(jìn)展引發(fā)國(guó)際核聚變界的高度關(guān)注。時(shí)任中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員的陳春先，以敏銳的洞察力率先關(guān)注到該技術(shù)突破。1972年，陳春先主持研制的CT-6裝置正式竣工，標(biāo)志著我國(guó)首臺(tái)托卡馬克裝置的問(wèn)世。1978年9月，中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所在合肥成立，在攻克多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)后，相繼研制出HT-6B等小型實(shí)驗(yàn)裝置，并于1984年底建成我國(guó)首個(gè)空芯變壓器托卡馬克裝置HT-6M。

　　20世紀(jì)80年代初，蘇聯(lián)研制的全球首個(gè)超導(dǎo)托卡馬克裝置T-7正式投入運(yùn)行，這一裝置開(kāi)創(chuàng)性地通過(guò)超導(dǎo)技術(shù)，構(gòu)建強(qiáng)磁場(chǎng)約束高溫等離子體的新路徑，首次驗(yàn)證了超導(dǎo)磁體技術(shù)應(yīng)用在磁約束聚變裝置上的可行性，為以后超導(dǎo)磁約束裝置的發(fā)展奠定了第一塊基石。彼時(shí)，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)中，等離子體所與585所均致力于常規(guī)托卡馬克裝置研究。

　　20世紀(jì)90年代，等離子體所接收了蘇聯(lián)T-7裝置的核心組件，并在霍裕平、萬(wàn)元熙、翁佩德、邱勵(lì)儉等科學(xué)家的努力下，基于我國(guó)科研實(shí)際需求對(duì)其實(shí)施系統(tǒng)性技術(shù)改造，包括設(shè)計(jì)建造新的真空室、將T-7的48餅縱場(chǎng)線圈改造成24餅線圈等，大幅度提升了HT-7裝置的性能。2002年，HT-7裝置首次獲得了上千萬(wàn)度分鐘級(jí)長(zhǎng)脈沖等離子體運(yùn)行的物理成果。在接下來(lái)的幾年里，HT-7不斷延長(zhǎng)放電脈沖，最長(zhǎng)脈寬達(dá)400秒，刷新了當(dāng)時(shí)托卡馬克穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的世界紀(jì)錄。

　　20世紀(jì)90年代，等離子體物理所主持建設(shè)了全球首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置HT-7U（后更名為EAST）。

　　自2006年投入運(yùn)行以來(lái)，EAST研發(fā)團(tuán)隊(duì)聚焦托卡馬克穩(wěn)態(tài)高性能等離子體前沿研究領(lǐng)域，系統(tǒng)攻克了等離子體芯部與邊界物理集成、高功率加熱系統(tǒng)注入耦合、第一壁材料排熱、精密控制系統(tǒng)構(gòu)建等重大科學(xué)難題與工程技術(shù)瓶頸。截至目前，累計(jì)完成等離子體運(yùn)行實(shí)驗(yàn)次數(shù)逾15萬(wàn)次，持續(xù)優(yōu)化裝置運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行性能的階躍式提升，先后突破60秒、100秒、400秒等關(guān)鍵時(shí)間閾值。2025年1月20日，裝置成功實(shí)現(xiàn)億度高約束模等離子體1066秒穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，刷新托卡馬克裝置運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)世界紀(jì)錄。

　　憑借前沿科研成果與技術(shù)創(chuàng)新體系，EAST獲得國(guó)際科學(xué)界高度評(píng)價(jià)。依托建制化開(kāi)放管理模式，該平臺(tái)現(xiàn)已面向全球50余個(gè)國(guó)家開(kāi)展包括聯(lián)合實(shí)驗(yàn)、技術(shù)攻關(guān)及人才培育在內(nèi)的全方位國(guó)際合作。如今，EAST作為中國(guó)自主研制的“人造太陽(yáng)”，已成為全球性開(kāi)放共享科研平臺(tái)。

　　我國(guó)積極參與國(guó)際核聚變研究，話語(yǔ)權(quán)逐漸提升

　　在中國(guó)核聚變研究一步一個(gè)腳印前行時(shí)，國(guó)際核聚變研究也在推進(jìn)。20世紀(jì)80年代，已建成運(yùn)行的美國(guó)TFTR、歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）、日本JT-60等大型托卡馬克裝置的物理參數(shù)相比之前的中小型裝置有大幅提升，但還是不能達(dá)到聚變點(diǎn)火的要求。

　　在此背景下，實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火的科研重心轉(zhuǎn)向依托下一代裝置。1985年，基于美蘇兩國(guó)共同倡議，歐共體（現(xiàn)稱“歐盟”）、日本等四方聯(lián)合發(fā)起國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃。ITER同樣采用全超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)路線，旨在通過(guò)多國(guó)協(xié)同攻關(guān)，建設(shè)具備實(shí)現(xiàn)大規(guī)模聚變反應(yīng)能力的實(shí)驗(yàn)堆，系統(tǒng)驗(yàn)證人類(lèi)和平利用核聚變能的科學(xué)原理與工程可行性。

　　中國(guó)于2006年正式加入ITER。等離子體所不僅承擔(dān)了ITER計(jì)劃分配給中國(guó)的近75%的研發(fā)任務(wù)，更通過(guò)自主創(chuàng)新突破多項(xiàng)技術(shù)瓶頸。而EAST已成為ITER計(jì)劃最重要的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)和典型“衛(wèi)星工程”。

　　2017年，ITER主機(jī)安裝工程啟動(dòng)國(guó)際競(jìng)標(biāo)時(shí)，等離子體所聯(lián)合中國(guó)核電工程有限公司、核工業(yè)西南物理研究院及法馬通核電服務(wù)有限公司等組建中方聯(lián)合體，攻克了ITER托卡馬克主機(jī)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)、磁體饋線系統(tǒng)總裝技術(shù)和多項(xiàng)關(guān)鍵部件的研制裝配難題，按時(shí)按質(zhì)按量交付采購(gòu)包任務(wù)。2019年，中方聯(lián)合體正式與ITER組織簽署TAC-1安裝合同，這是ITER托卡馬克裝置核心設(shè)備的安裝工程。這些突出表現(xiàn)，顯著提升了我國(guó)在聚變領(lǐng)域的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，中國(guó)團(tuán)隊(duì)承接的工程任務(wù)范圍也不斷擴(kuò)展。

　　ITER項(xiàng)目雖然原定于2025年完成，但最新進(jìn)度規(guī)劃顯示，ITER的首次等離子體放電時(shí)間一拖再拖，目前已調(diào)整至2034年。

　　BEST，有望點(diǎn)亮人類(lèi)核聚變的“第一盞燈”

　　2016年，基于深度參與ITER累積的大科學(xué)工程經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)提出重要戰(zhàn)略構(gòu)想：建設(shè)新一代聚變工程實(shí)驗(yàn)裝置——中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR），其工程規(guī)模與核心參數(shù)指標(biāo)方面甚至高于ITER。

　　這只是第一步。中國(guó)核聚變研究致力于實(shí)現(xiàn)聚變能開(kāi)發(fā)“三步走”戰(zhàn)略——從實(shí)驗(yàn)堆到示范堆直至商業(yè)堆的遞進(jìn)式突破，目標(biāo)是在2050年實(shí)現(xiàn)核聚變能商業(yè)化。目前，隨著項(xiàng)目定位升級(jí)，CFETR已正式更名為CFEDR——中國(guó)聚變工程示范堆。從字母T到D的變化，意味著其定位已從實(shí)驗(yàn)堆轉(zhuǎn)為聚變示范堆建設(shè)。

　　項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，國(guó)際上的測(cè)試平臺(tái)在大型部件檢測(cè)與高參數(shù)實(shí)驗(yàn)方面已顯現(xiàn)局限性,為配套CFEDR的實(shí)施，我國(guó)同步啟動(dòng)夸父大科學(xué)工程（CRAFT）。作為全球綜合性的聚變科研平臺(tái)，CRAFT主要承擔(dān)兩項(xiàng)核心使命：其一是為未來(lái)聚變堆研制主機(jī)系統(tǒng)組件，其二是通過(guò)技術(shù)攻關(guān)全面掌握下一代聚變堆關(guān)鍵技術(shù)體系，培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍，最終實(shí)現(xiàn)聚變裝置全系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。

　　按規(guī)劃，CRAFT項(xiàng)目將于2025年全面建成，屆時(shí)將具備全球高參數(shù)、功能完備綜合性研發(fā)測(cè)試一體化平臺(tái)的能力，為我國(guó)聚變示范堆工程提供關(guān)鍵技術(shù)和裝備支撐。

　　由于未來(lái)反應(yīng)堆的建設(shè)規(guī)模較大，基于現(xiàn)實(shí)條件，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)審慎研判，提出建設(shè)緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置（BEST）的戰(zhàn)略規(guī)劃，作為EAST裝置的技術(shù)迭代與ITER計(jì)劃的重要銜接。科研團(tuán)隊(duì)充分運(yùn)用人工智能與先進(jìn)材料技術(shù)，讓BEST較EAST更為先進(jìn)，性能也進(jìn)一步提升。BEST已于2025年5月1日啟動(dòng)工程總裝，我國(guó)核聚變研究由此從基礎(chǔ)科學(xué)研究邁向工程驗(yàn)證階段。

　　現(xiàn)在CFEDR已全面開(kāi)展預(yù)先研究和設(shè)計(jì)，有望在不久的將來(lái)立項(xiàng)。在驗(yàn)證工程上的所有技術(shù)可行性后，我國(guó)將開(kāi)始建設(shè)CFEDR這座真正能產(chǎn)生電能的示范堆發(fā)電站。

　　從EAST的科學(xué)驗(yàn)證到BEST演示發(fā)電，從深度參與ITER建設(shè)到CRAFT平臺(tái)建設(shè)，再到未來(lái)推動(dòng)CFEDR工程示范堆立項(xiàng)，我國(guó)正在為“人造太陽(yáng)”的早日應(yīng)用持續(xù)接力。同時(shí)，在大科學(xué)裝置的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行過(guò)程中，帶動(dòng)了所需的超導(dǎo)材料、低溫系統(tǒng)、大功率電源等系統(tǒng)的研發(fā)和高端裝備制造的技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)了從聚變?cè)牧系疆a(chǎn)品的自主供應(yīng)，徹底擺脫外部依賴。

　　核聚變研究并非坦途，期待國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界能凝心聚力，一同突破聚變能源革命的技術(shù)瓶頸，加速推進(jìn)商業(yè)化進(jìn)程，以期早日實(shí)現(xiàn)“終極能源”的探索目標(biāo)，讓“人造太陽(yáng)”照亮人類(lèi)的未來(lái)之路。

　　在后續(xù)的“你問(wèn)我答”環(huán)節(jié)，二人分別就熱門(mén)話題進(jìn)行回答：

　　問(wèn)：核聚變會(huì)產(chǎn)生很高溫度，這個(gè)溫度是如何測(cè)量出來(lái)的？

　　張志會(huì)：核聚變產(chǎn)生的溫度可達(dá)到數(shù)百萬(wàn)甚至上億攝氏度，遠(yuǎn)超常規(guī)溫度計(jì)的測(cè)量范圍。科學(xué)家通過(guò)以下間接方法測(cè)量：一種是光譜分析。高溫等離子體會(huì)發(fā)射特定波長(zhǎng)的光（如X射線或可見(jiàn)光），通過(guò)分析這些光譜的強(qiáng)度、頻移（多普勒效應(yīng)）或展寬（斯塔克效應(yīng)），可以推算等離子體的溫度和密度。第二種是湯姆遜散射。用激光束照射等離子體，散射光的頻率變化與電子溫度直接相關(guān)，這是最精確的測(cè)量方法之一。第三種是中性粒子分析。測(cè)量從等離子體逃逸的中性粒子的能量分布，反推離子溫度。

　　問(wèn)：這么高的溫度能讓絕大多數(shù)材料融化，可控核聚變實(shí)驗(yàn)是怎么在實(shí)驗(yàn)室里完成的？

　　蔡其敏：在核聚變實(shí)驗(yàn)里，為實(shí)現(xiàn)可控性，需運(yùn)用特定技術(shù)對(duì)高溫等離子體進(jìn)行約束，防止其直接觸碰容器材料。磁約束（如托卡馬克）中，借助超導(dǎo)磁體生成的強(qiáng)大磁場(chǎng)，令帶電粒子沿著磁力線做螺旋運(yùn)動(dòng)，懸浮于真空腔內(nèi)，從而不與器壁相接觸。慣性約束（如激光聚變）時(shí)，采用高能激光或離子束瞬時(shí)壓縮靶丸，讓聚變?cè)跇O短時(shí)間（納秒級(jí)）內(nèi)完成，使材料來(lái)不及熔化。第一壁材料是聚變裝置內(nèi)高溫等離子體與反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)之間的首道物理屏障，既要阻止等離子體接觸真空室壁材料，又要承受等離子體輻射帶來(lái)的極端熱負(fù)荷，以及聚變產(chǎn)物高能中子和帶電粒子的轟擊，防止材料受損。第一壁后方設(shè)有冷卻管道（如氦氣或者水循環(huán)），以迅速導(dǎo)出熱量。

責(zé)任編輯：于彤彤