星星之火：中国打破记录的聚变实验#
2025 年 1 月 20 日，中国实验先进超导托卡马克（EAST），又称“人造太阳”的科学家们庆祝了一个历史性的里程碑。该反应堆在 1 亿摄氏度的高温下维持了一个超热等离子体环 1066 秒——接近 18 分钟——是 2023 年创下的 403 秒先前世界纪录的两倍多。这项突破性成就，类似于在磁笼中保持一颗小恒星稳定燃烧，使人类更接近于利用核聚变——太阳提供动力的相同过程——来获取清洁、无限的能源。
突破归功于对 EAST 加热系统的革命性升级，该系统现在以其原始容量的两倍运行——相当于 140,000 个家用微波炉 的能量输出。等离子体物理研究所所长宋云涛表示，这一显著进步代表了开发能够维持等离子体 数千秒 的先进反应堆的“关键一步”，这是实际聚变能源发电的必要先决条件。
通往聚变的长路：全球探索#
自 20 世纪 50 年代以来，核聚变一直吸引着科学家。与核裂变（分裂原子并产生放射性废物）不同，聚变结合了氢同位素等轻原子，释放出巨大的能量，同时对环境的影响最小。但在地球上复制太阳的核心需要极端的条件：超过 1 亿摄氏度的温度和精确的磁约束，以防止等离子体逃逸。
聚变历史里程碑#
- 20 世纪 50 年代至 70 年代： 苏联和美国的早期实验率先进行了磁约束。托卡马克设计，一种甜甜圈形状的反应堆，成为最有希望的设计。
- 20 世纪 80 年代至 2000 年代： 英国的联合欧洲环面（JET）证明了聚变的可行性，但在能源效率方面遇到了困难。
- 2022 年： 美国国家点火设施（NIF）实现了使用激光驱动聚变的 净能量增益 ，尽管仅持续了一瞬间。
- 2025 年： 中国 EAST 打破了约束记录，展示了对未来反应堆至关重要的稳态运行。
全球聚变格局：谁在领跑？#
今天，聚变研究是国家项目、国际合作和私人企业的结合体。
1. 公共部门巨头#
- 中国： 除了 EAST 之外，中国正在建造 中国聚变工程实验堆（CFETR） ，目标是在 2030 年代达到 1 吉瓦的输出功率，并在 2050 年建造商业工厂。在绵阳建造的大型激光聚变设施——比美国 NIF 大 50%——也在建设中，因其在武器研究中的双重用途潜力而引起了人们的关注。
- ITER（国际联盟）： 这项在法国耗资 220 亿美元的项目涉及 35 个国家，旨在到 2039 年证明聚变的可行性。中国贡献了 ITER 预算和技术的 9%。
- 美国和欧洲： 美国依赖 NIF 和私人初创公司，而德国的 Wendelstein 7-X 仿星器则探索替代磁场设计。
2. 私营部门颠覆者#
- 英联邦聚变系统（美国）： 在 20 亿美元资金的支持下，它计划在 2030 年代之前在弗吉尼亚州建造一座电网规模的工厂。
- 托卡马克能源（英国）： 与各国政府合作开发紧凑型反应堆。
- 中国的混合模式： 像中科院等离子体物理研究所（ASIPP）这样的国有企业占据主导地位，但私人投资正在增加。
投资趋势#
- 自 2000 年以来，各国政府已向聚变投入了 超过 500 亿美元 ，其中中国在 2020 年后加速了支出。
- 自 2021 年以来，私人资金激增至 60 亿美元 ，这归因于气候紧急情况。
聚变技术的革命性进步#
最近在两个关键领域的突破正在加速聚变发展：
1. 高温超导体（HTS）#
稀土钡铜氧化物（REBCO）带的出现彻底改变了磁体设计：
- 在更高的温度下运行（≈20K，而传统超导体为 4K）
- 产生高达 20 特斯拉的磁场（是以前的两倍）
- 能够实现更小、更高效的托卡马克设计
- 将冷却成本降低 90%
英联邦聚变系统于 2024 年展示了一种 20 特斯拉 HTS 磁体，为紧凑型托卡马克铺平了道路，这种托卡马克可以安装在工业园区中，而无需大型设施。
2. 人工智能驱动的等离子体控制#
人工智能正在改变聚变研究：
- 实时控制： 深度学习模型提前几毫秒预测等离子体破裂，从而实现自动缓解
- 设计优化： 遗传算法探索数百万种可能的磁场配置
- 数字孪生： 人工智能模拟减少了物理测试需求，从而加速了开发
- 硬件集成： 神经网络优化了电力分配和冷却系统
DeepMind 的 PlasmaControl AI 于 2024 年底部署在 EAST，通过维持前所未有的等离子体稳定性，为最近打破纪录的运行做出了重大贡献。
聚变竞赛：谁将获胜？#
竞争激烈，但聚变的复杂性需要合作。
- 中国的优势： 速度和规模。EAST 的快速进步和 CFETR 的雄心勃勃的时间表使中国成为领先者。然而，人们仍然担心其激光设施的军事应用。
- 美国和欧洲： 通过私营部门的敏捷性进行创新。像 CFS 这样的公司利用超导磁体制造更小的反应堆，而 ITER 则专注于大规模验证。
- 王牌： 日本和韩国擅长材料科学等利基领域，这对于处理聚变的极端条件至关重要。
然而，聚变仍然是一场“马拉松，而不是短跑”。即使像宋云涛这样的乐观主义者也承认，商业工厂还需要几十年才能建成。真正的赢家可能是人类——如果全球竞争对手分享知识以克服共同的技术障碍。
未来挑战：为什么聚变尚未到来#
- 材料科学： 反应堆壁必须承受中子轰击和热通量，“比火箭喷嘴糟糕 10 倍”。
- 能源效率： 还没有任何反应堆在其整个生命周期中产生的能量超过其消耗的能量。
- 氚燃料： 氚是一种稀有的氢同位素，必须在反应堆中繁殖——这一过程尚未大规模证明。
- 监管空白： 聚变的安全标准尚未成熟，这使得许可变得复杂。
结论：聚变驱动的未来？#
中国的 EAST 突破是一个希望的灯塔，证明了可持续等离子体运行是可以实现的。然而，聚变的成功取决于全球合作——共享数据、协调政策和汇集资源。正如国际原子能机构（IAEA）所指出的那样，聚变可能会彻底改变能源，但需要耐心：“这不是 2030 年的解决方案，但创新正在呈指数级加速。”
高温超导磁体、人工智能控制系统和可持续等离子体约束的融合表明我们正在进入聚变研究的新时代。尽管仍然存在重大挑战，但商业聚变发电的道路正变得越来越清晰。随着这些技术的成熟，实现实用聚变能源的时间表可能会比以前认为的更短。
在热核聚变竞赛中没有输家——只有一个星球上充满着迫切需要能源的人们。
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