近日,我国核聚变领域传来震撼性的消息!
中核集团牵头研制的“中国环流三号”达成了原子核温度达到 1.17 亿度的成果,同时也实现了电子温度达到 1.6 亿度的目标,从而成功地完成了“双亿度”运行。
这一突破具有重要意义。它表明我国在磁约束核聚变装置领域取得了重大进展,成为了全球首个达成在该装置中同时突破两项亿度大关这一成就的国家。同时,这也让我们距离人类获取“终极清洁能源”的目标更近了一步。
从跟跑到领跑:中国核聚变技术弯道超车
成都核工业西南物理研究院的实验大厅内,有一个直径 8 米的装置。这个装置犹如银色巨环,它就是“中国环流三号”。其自主研发的高功率微波回旋管正在以 2.5 兆瓦的功率持续对等离子体进行加热。
该装置与太阳内部 1500 万度的自然聚变环境不一样。它借助超强磁场把氢同位素限制在真空环境里。从而创造出比太阳核心温度还要高 10 倍的极端条件。
令人振奋的是,四川科研团队在同期攻克了聚变堆“燃料棒”技术。他们成功地实现了氚增殖剂正硅酸锂小球与中子倍增剂铍小球的工程化生产。这也就意味着,未来聚变电站所需要的氚燃料能够实现自持循环,从而彻底打破了“燃料卡脖子”的困境。
从国际技术格局来看,美国的国家点火装置(NIF)在 2024 年通过激光惯性约束达到了净能量增益。不过,它每次实验之间的间隔需要数周时间,并且能量转化效率还不足 1%。与此同时,中国的磁约束技术已经能够实现 403 秒的稳态高约束等离子体运行,在工程化进程方面明显处于领先地位。
这种技术路线存在差异,一方是你打闪光灯,另一方是我造永动机,这种差异在资本市场引发了强烈的反响。在消息公布的当日,中核集团关联的上市公司股价平均上涨了 4.3%,而美国的核聚变概念股普遍下跌了 2.8%。
技术突围:从实验室到产业链的全链条突破
在合肥科学岛,另一台“人造太阳”东方超环(EAST)正在进行仪器设备的更新改造。它曾经创下过 1 亿摄氏度持续 1000 秒“高质量燃烧”的世界纪录。
如今中国科学家把两项顶尖装置的技术成果进行了深度融合。他们自主研发的高压电源系统能够实现 120 千伏的直流输出。同时,中性束注入的加热功率达到了 7 兆瓦。这些“硬核科技”使得我国首次具备了可重复的亿度级放电控制能力。
与此同时,产业链协同创新在不断加速。上海光机所成功研制出了纯度达到 99.9999%的光刻机用高纯石英砂,这打破了美国康宁公司的垄断。华为昇腾 AI 芯片凭借千亿参数大模型的训练效率,超越了英伟达 A100,为聚变装置等离子体模拟提供了算力支撑。
这种“基础研究+产业应用”的双轮驱动模式,让中国在超导材料、精密制造等 23 个关键技术领域达成了国产化替代。而美国能源部由于预算分歧,把 ITER 项目的拨款降低了 18%。
全球竞速:人类能源革命进入倒计时
国际热核聚变实验堆(ITER)计划的总干事巴罗伊发出感叹。他说:“中国团队交付核心部件的速度,比原计划所规定的时间提前了 9 个月。”
中国是承担 ITER 项目 18%采购包任务的主力军。中国完成了增强热负荷第一壁首件的制造。中国将“双亿度”实验数据共享给了全球科学家。这推动了全人类聚变研究的进程。
美国方面,虽然私营企业的投入有所增加,但是其国家点火装置在 2024 年仅仅完成了 4 次有效的实验。而“中国环流三号”在同一时期已经完成了 15 万次的放电测试。
在这场关乎人类命运的科技竞赛里,时间表变得愈发清晰。我国有计划在 2035 年建成聚变工程实验堆(CFETR)。2050 年之前要实现示范堆发电。美国能源部的最新报告表明,其原型堆的建设至少得推迟到 2045 年。
这种代际差距在人才储备方面能体现出来:中国核聚变领域的博士数量比美国多,是美国的 3.2 倍。并且合肥、成都这两大研究基地每年培养的专业工程师超过 2000 名。
未来已来:清洁能源自由不再是梦
特斯拉因稀土断供而推迟柏林工厂量产之际,中国已将稀土永磁材料的产能提升到了全球的 95%;欧美为锂矿而展开激烈争夺之时,我国的“人造太阳”已经掌握了从海水中提取聚变燃料氘的技术。
中核集团专家段旭如展望,到本世纪中叶,一度核聚变电力的成本有希望降到 0.3 元以下,这相当于现在风电价格的四分之一。
此刻,我们凝视着“中国环流三号”装置内那璀璨的等离子体光芒。我们仿佛看见了文明的跃升。在那里,没有碳排放所带来的阴霾。那里没有能源危机所引发的焦虑。那里只有如太阳般永恒照耀着的清洁能量。
法国科学家菲利普参与了 ITER 项目,他说:“中国正凭借集体智慧以及创造出的工程奇迹,为全人类按下了促使能源走向自由的加速键。”
在核聚变的竞争领域里,中国与欧美相比已经展现出了明显的优势,对于这一情况,你们有着怎样的看法呢?