中国“人造太阳”晋级新段位

xinwen.mobi · 发表于 2025-10-30 14:45:06

中国“人造太阳”晋级新段位
直径18米、重400余吨的杜瓦底座在安徽合肥精准落位，标志着中国紧凑型聚变能实验装置建设进入新阶段。

位于我国安徽合肥的紧凑型聚变能实验装置（BEST）项目建设近日取得关键突破——“杜瓦底座”研制成功并精準落位安装，标志着该项目主体工程建设步入新阶段。

与此同时，在四川成都，新一代“人造太阳”“中国环流三号”在2025年5月创下综合参数聚变三乘积达到10的20次方量级的新纪录，中国聚变研究正快速挺进燃烧实验阶段。

这些突破意味着我们离实现“人造太阳”的梦想又近了一步。

01 突破：从合肥到成都
中国的人造太阳项目正在两条并行的轨道上突飞猛进。

在合肥，BEST项目迎来了里程碑式的进展。杜瓦底座结构直径约18米，高约5米，重400余吨，是紧凑型聚变能实验装置主机系统中最重的部件，也是国内聚变领域最大的真空部件。

它相当于装置的“地基”，未来将承载整个主机6000余吨设备的重量和绝热功能。

在成都，核工业西南物理研究院的“中国环流三号”创造了新的运行纪录——实现百万安培亿度H模，即装置同时实现等离子体电流一百万安培、离子温度1亿度、高约束模式运行。

这标志着中国聚变研究迈向燃烧实验这一核心环节。

02 原理：从太阳到托卡马克
什么是“人造太阳”？本质上，它是模拟太阳发光发热原理的聚变装置。

太阳的核心时刻在发生氢核聚变为氦核的反应，氢逐渐减少，氦不断增加。这个过程释放的能量来自原子核内核子的结合能，由强相互作用驱动，强度远超化学反应涉及的电磁相互作用。

与太阳依赖巨大重力约束聚变不同，地球上的科学家们采用了磁约束的途径——托卡马克装置。

托卡马克（TOKAMAK）源自俄文缩写，意为“环形磁约束聚变装置”，包含环形、真空室、磁、线圈四个关键要素。

它的核心部分就像是平放在地上的一个游泳圈，高温等离子体沿着“游泳圈”的腔体中心流动。

为了稳定约束，等离子体的运动路径像螺旋手环那样一边前进一边扭转，形成螺旋扭转的“磁面”。

03 挑战：约束一亿度的等离子体
实现人工聚变的难度极高。难在原子核都带正电荷，要想把两个原子核合并到一起，就得克服它们之间的电磁斥力。

虽然核力远比电磁力强大，但核力会随着距离增大而迅速衰减。

解决方案包括两方面：一方面是提高温度，让原子核运动得快起来，才能突破电磁斥力的藩篱。

另一方面是选择合适的原子核——目前所知的最佳原料是氢的两种同位素氘和氚，二者可在5000万到2亿摄氏度大量聚变。

当温度提高至上亿摄氏度，物质会进入等离子状态。此时，需要把这团等离子体约束住，让它达到较高的密度，同时还要有足够长的能量约束时间。

在聚变能开发领域，密度、温度、能量约束时间是最关键的3个参数，三者的乘积决定了聚变反应能否自持进行下去。

04 技术：超导托卡马克的优势
为什么中国的托卡马克装置如此庞大？仅BEST的杜瓦底座就重400余吨。

大型设备可以建立更强大的磁场约束，容纳更高的等离子体电流，从而提高聚变反应的原子核碰撞几率和总功率输出。

它还能更好地抑制不稳定性扰动，显著延长约束时间，并降低高温等离子体的表面积-体积比，使能量尽可能留在等离子体内部。

超导线圈的应用是托卡马克技术的重大突破。常规导体制成的线圈存在电阻，通过大电流时会剧烈发热，无法长时间持续运行。

而超导材料在极低温下的电阻为零，长时间通过百万安培级的大电流也不会发热，并能产生极强的磁场，大大提高了约束性能。

我国的全超导托卡马克装置“东方超环”（EAST）在2025年1月实现1066秒的亿度等离子体运行，创造了托卡马克装置新的世界纪录。

05 未来：聚变能源重塑地球能源格局
全世界科技大国都在费尽心力发展人工聚变，背后是能源与环境的双重考量。

当前，世界能源供给主要依赖化石燃料，但使用化石燃料会将二氧化碳排放到大气中，造成温室效应。

相比而言，聚变的产能效率极高——2千克氘加上3千克氚聚变产生的能量，抵得上300千克铀裂变或燃烧1.3万吨石油。

而且聚变产物是无毒无放射性的氦，非常清洁。原料氘在海水中的储量极为丰富，氚则可以通过中子轰击锂获得。

根据计划，中国的紧凑型聚变能实验装置将于2027年底建成，对于我国率先开展前沿聚变科学研究、验证未来聚变堆关键技术、持续引领国际聚变能发展具有重大战略意义。

根据计划，我国的紧凑型聚变能实验装置将于2027年底建成，届时将对我国率先开展前沿聚变科学研究、验证未来聚变堆关键技术具有重大战略意义。

在成都，“中国环流三号”正快速挺进燃烧实验，这是可控核聚变走向应用的核心环节。

从合肥到成都，从BEST到中国环流三号，中国正一步步逼近那个终极能源梦想——取之不尽、用之不竭的清洁能源。

核聚变能源的商用，将彻底改变人类文明的能源格局。

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