未來(lái)會(huì)是什么樣？黨的二十屆四中全會(huì)審議通過(guò)的“十五五”規(guī)劃建議為我們擘畫(huà)了一幅讓人期待的新藍(lán)圖。其中明確指出，要前瞻布局未來(lái)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)量子科技、生物制造、氫能和核聚變能、腦機(jī)接口、具身智能、第六代移動(dòng)通信等成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
未來(lái)會(huì)是什么樣？黨的二十屆四中全會(huì)審議通過(guò)的“十五五”規(guī)劃建議為我們擘畫(huà)了一幅讓人期待的新藍(lán)圖。其中明確指出，要前瞻布局未來(lái)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)量子科技、生物制造、氫能和核聚變能、腦機(jī)接口、具身智能、第六代移動(dòng)通信等成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
我們的生活離不開(kāi)能源。在“十五五”規(guī)劃建議中，有兩位“能源新秀”被列為未來(lái)產(chǎn)業(yè)，那就是氫能和核聚變能。先說(shuō)說(shuō)氫能，它是一種清潔能源，而且在產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)有了一些應(yīng)用。而核聚變能大家可能覺(jué)得離我們還很遙遠(yuǎn)，但其實(shí)，我國(guó)在這方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)的跨越，而且還不斷傳來(lái)好消息。簡(jiǎn)單地說(shuō)，核聚變就是模擬太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱。核聚變能燃料豐富、清潔環(huán)保、安全性高，所以也被稱為人類(lèi)的“終極能源”。氫能、核聚變能正共同勾勒著人類(lèi)能源轉(zhuǎn)型的未來(lái)藍(lán)圖，中國(guó)正加速向前。
今天，支撐人類(lèi)社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的幾乎一切能源，從煤、石油、天然氣到風(fēng)能、生物能，其本質(zhì)都是太陽(yáng)能，而太陽(yáng)上的能量來(lái)自內(nèi)部的核聚變反應(yīng)。長(zhǎng)久以來(lái)，人類(lèi)一直希望通過(guò)可控核聚變反應(yīng)，來(lái)創(chuàng)造出“人造太陽(yáng)”，從而獲得源源不絕的能源。
位于合肥市西郊的科學(xué)島，面積不足3平方公里，卻是中國(guó)核聚變研究的策源地與主陣地。2025年，在這里有關(guān)核聚變的研究捷報(bào)頻傳。1月，“東方超環(huán)”（EAST）終于創(chuàng)下1億攝氏度1066秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行的世界紀(jì)錄；5月，中國(guó)下一代緊湊型聚變實(shí)驗(yàn)裝置工程（BEST）的總裝正式啟動(dòng)；2025年年底，聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）進(jìn)入全面建成收尾階段。三箭齊發(fā)，一個(gè)世界級(jí)核聚變研究裝置集群正在形成。
聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT），又名“夸父”，由19個(gè)系統(tǒng)組成。“赤霄”是“夸父”裝置的一個(gè)子系統(tǒng)，它產(chǎn)生的強(qiáng)大等離子束就像一把看不見(jiàn)的光劍，專(zhuān)門(mén)轟擊各種實(shí)驗(yàn)材料。在“赤霄”內(nèi)部，相當(dāng)于一萬(wàn)倍以上的正午陽(yáng)光強(qiáng)度的熱流沖擊下，普通材料會(huì)瞬間汽化。但是正在實(shí)驗(yàn)的鎢銅復(fù)合材料，卻能保持結(jié)構(gòu)完整。鎢銅復(fù)合材料——用于制作核聚變裝置最核心的內(nèi)部“鎧甲”，承受核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的、高溫和輻照，想要掌控核聚變，就要先從最基礎(chǔ)的材料研發(fā)做起。
工藝極難、要求極高。這種鎢銅復(fù)合材料的研發(fā)歷程，實(shí)際是中國(guó)核聚變領(lǐng)域步步突破的縮影。而科學(xué)島上的聚變裝置集群，演繹的也正是中國(guó)核聚變研究從無(wú)到有，從追趕到引領(lǐng)的歷史。
自二十世紀(jì)七十年代開(kāi)始，位于合肥科學(xué)島上的中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所陸續(xù)自主設(shè)計(jì)并建造了四代托卡馬克裝置。托卡馬克是迄今為止國(guó)際上最成熟的核聚變主流技術(shù)路徑，它的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)可控核聚變。它的原理也并不復(fù)雜：在真空室里加熱氘和氚，形成等離子體“超級(jí)火焰”；用強(qiáng)大的磁場(chǎng)做一個(gè)“無(wú)形牢籠”困住“火焰”，讓原子們?cè)诶锩娌粩嗯鲎踩诤?，發(fā)生聚變反應(yīng)，從而釋放出巨大的能量。理論上的可行性，需要實(shí)驗(yàn)中的驗(yàn)證。而可控核聚變從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的每一步，都需要解開(kāi)遠(yuǎn)超常規(guī)工業(yè)水平的難題。
2006年，“東方超環(huán)”（EAST）在科學(xué)島上建成運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)首次放電。它是國(guó)家“九五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，也是世界上第一個(gè)建成并運(yùn)行的全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。
托卡馬克裝置運(yùn)行時(shí)，真空室內(nèi)等離子體的溫度超過(guò)太陽(yáng)核心的7倍，即便是瞬間接觸，也能融化一切。這就要求關(guān)鍵部件必須要承受得住高溫的考驗(yàn)。最初，EAST使用的是石墨材料，但這種材料已經(jīng)成為沖擊極限的瓶頸。
作為難熔金屬領(lǐng)域中最具實(shí)力的國(guó)家隊(duì)，中國(guó)鋼研所屬安泰科技受命研發(fā)鎢銅復(fù)合材料。當(dāng)時(shí)，在這一領(lǐng)域，中國(guó)材料界沒(méi)有任何可借鑒的工程化經(jīng)驗(yàn)。
在長(zhǎng)達(dá)四年的攻關(guān)中，王鐵軍團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院的科研人員們經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗。團(tuán)隊(duì)反復(fù)調(diào)整后，第一根合格構(gòu)件終于成功出爐。2014年，EAST在更換國(guó)產(chǎn)化鎢銅復(fù)合材料部件之后，不斷創(chuàng)造紀(jì)錄。2016年突破60秒，2017年達(dá)到101秒，2023年實(shí)現(xiàn)403秒，2025年1月終于創(chuàng)下1066秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行的世界紀(jì)錄。這一過(guò)程的背后，是構(gòu)成EAST的每一個(gè)系統(tǒng)都走過(guò)了從材料到工藝、從實(shí)驗(yàn)室到車(chē)間步步闖關(guān)的迭代和優(yōu)化。
然而，到目前為止，全球范圍包括EAST在內(nèi)的所有托卡馬克裝置，只是開(kāi)展了核聚變發(fā)電的前期科學(xué)研究。
既然如此之難，我們?yōu)槭裁催€要發(fā)展核聚變呢？大家知道，現(xiàn)在商業(yè)發(fā)電的核電站采用的是核裂變，雖然技術(shù)日趨成熟，但是，核裂變?nèi)剂嫌邢?，?huì)產(chǎn)生核廢料。與核裂變相比，核聚變擁有明顯的優(yōu)勢(shì)，首先就是核聚變的原料氘可從海水中提取，幾乎無(wú)限。在安全方面，核聚變裝置一旦發(fā)生故障，反應(yīng)會(huì)因失去條件而瞬間中止，沒(méi)有核泄漏污染的風(fēng)險(xiǎn)。另外，核聚變的能量密度遠(yuǎn)超核裂變。僅僅1克燃料釋放的能量，就相當(dāng)于燃燒8噸石油。
雖然核聚變優(yōu)勢(shì)明顯，但是要實(shí)現(xiàn)可控核聚變，每一步都需要付出難以想像的努力。在科學(xué)研究和商用發(fā)電之間，還有漫長(zhǎng)的空白地帶需要穿越。而中國(guó)在這條道路上一直在前行，并不斷超越。
當(dāng)前，全球核聚變研發(fā)已進(jìn)入加速期，這一過(guò)程不僅需要人才、資本的深度聚合，更離不開(kāi)創(chuàng)新機(jī)制的保駕護(hù)航。在科學(xué)島上，伴隨核聚變裝置同時(shí)落地的是新型舉國(guó)體制的探索與實(shí)踐。而在合肥，圍繞聚變產(chǎn)業(yè)的構(gòu)建，由國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家科研機(jī)構(gòu)、高水平研究大學(xué)、科技領(lǐng)軍企業(yè)共同參與，同時(shí)吸納民營(yíng)企業(yè)、社會(huì)資本加入，形成協(xié)同攻關(guān)的局面。
一個(gè)聚焦于產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的安徽省聚變產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)也同步成立。聯(lián)合會(huì)的成立，為破解科研與產(chǎn)業(yè)“兩張皮”的難題搭建了關(guān)鍵平臺(tái)。兩年時(shí)間里，產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)的成員從最初的60家發(fā)展為200多家，既有行業(yè)里的先行者，也有試圖在聚變產(chǎn)業(yè)中尋找機(jī)會(huì)的企業(yè)。
日漸成熟的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，為聚變產(chǎn)業(yè)后來(lái)者留下了更多機(jī)遇。孫玄是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授。2024年，他牽頭成立了核聚變企業(yè)，探索小型化聚變裝置，依托的就是大科學(xué)裝置帶動(dòng)的完備生態(tài)。
核聚變一旦成功，人類(lèi)將能用上清潔、廉價(jià)、無(wú)限的能源，更將帶動(dòng)超導(dǎo)、精密制造、特種材料等產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展注入永續(xù)動(dòng)力。
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