核聚變技術(shù)的突破與挑戰(zhàn)

    核聚變作為模仿太陽能量產(chǎn)生機(jī)制的技術(shù)，近年來在實驗室環(huán)境中取得了突破性進(jìn)展。2022年美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室首次實現(xiàn)凈能量增益的實驗結(jié)果，標(biāo)志著人類向可控核聚變邁出了關(guān)鍵一步。這項技術(shù)通過將氫同位素（氘和氚）在極端高溫高壓條件下結(jié)合，釋放出巨大能量，其單位質(zhì)量燃料產(chǎn)生的能量是化石燃料的千萬倍。與當(dāng)前核電站使用的核裂變技術(shù)相比，聚變反應(yīng)不產(chǎn)生長壽命放射性廢物，且原料氘可從海水中提取，理論上具有近乎無限的供應(yīng)潛力。

國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃

    由35個國家共同參與的ITER項目正在法國南部建造世界上最大的托卡馬克裝置。這個耗資220億歐元的國際合作項目采用環(huán)形磁約束裝置，通過超導(dǎo)磁體將高溫等離子體控制在真空容器中。最新進(jìn)展顯示，其首個超導(dǎo)磁體線圈已于2023年完成測試，可產(chǎn)生13特斯拉的磁場強(qiáng)度——相當(dāng)于地球磁場的28萬倍。項目預(yù)計2025年完成組裝，2035年實現(xiàn)氘氚聚變實驗。中國承擔(dān)了ITER約9%的采購包任務(wù)，在超導(dǎo)材料、偏濾器等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域做出重要貢獻(xiàn)，同時通過參與該項目培養(yǎng)了大批聚變工程人才。

商業(yè)化進(jìn)程中的技術(shù)瓶頸

    盡管原理驗證取得進(jìn)展，核聚變商業(yè)化仍面臨多重挑戰(zhàn)。等離子體約束時間需要從目前的秒級提升至持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，這要求材料能承受中子輻照和極端熱負(fù)荷。日本量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)開發(fā)的鎢偏濾器可耐受每平方米2000萬瓦的熱流，接近太陽表面熱流的十分之一。另一個關(guān)鍵難題是氚自持——反應(yīng)需要消耗的氚在當(dāng)前技術(shù)下主要依靠鋰再生，而全球現(xiàn)有氚庫存僅約20公斤。英國First Light Fusion公司開發(fā)的炮彈沖擊聚變方案，可能成為繞過傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸的新路徑。

中國聚變工程實驗堆（CFETR）規(guī)劃

    作為ITER的補(bǔ)充，中國自主設(shè)計的CFETR計劃分三階段實施：20212035年建設(shè)實驗堆，20352050年建設(shè)示范堆，最終在2060年前實現(xiàn)商用。該裝置設(shè)計聚變功率達(dá)1000兆瓦，是ITER的兩倍。中科院等離子體物理研究所研發(fā)的東方超環(huán)（EAST）已實現(xiàn)1.2億攝氏度101秒的等離子體運(yùn)行，創(chuàng)下世界紀(jì)錄。2023年，中國新一代"人造太陽"HL2M裝置首次實現(xiàn)高約束模式運(yùn)行，為CFETR積累了重要數(shù)據(jù)。這些進(jìn)展使中國成為全球聚變研究的第一梯隊國家。

私營企業(yè)的創(chuàng)新探索

    除國家主導(dǎo)項目外，全球涌現(xiàn)出40余家聚變創(chuàng)業(yè)公司。美國Commonwealth Fusion Systems采用高溫超導(dǎo)磁體技術(shù)，將托卡馬克體積縮小40倍；加拿大General Fusion使用液態(tài)金屬壓縮等離子體；英國Tokamak Energy探索球形托卡馬克設(shè)計。這些企業(yè)普遍采用"快速迭代"策略，目標(biāo)在2030年代實現(xiàn)電網(wǎng)并網(wǎng)。微軟已與Helion Energy簽訂購電協(xié)議，計劃2028年采購其聚變電力。資本市場對聚變技術(shù)的信心增強(qiáng)，2022年行業(yè)融資總額達(dá)28億美元，是2019年的7倍。

能源轉(zhuǎn)型中的戰(zhàn)略意義

    國際能源署預(yù)測，要實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，全球需在2050年前部署至少20吉瓦的聚變發(fā)電能力。聚變能源可彌補(bǔ)可再生能源的間歇性缺陷，其單位土地面積的能源產(chǎn)出是太陽能的800倍。歐盟"地平線歐洲"計劃將聚變列為戰(zhàn)略優(yōu)先領(lǐng)域，承諾20212027年投入60億歐元。美國《通脹削減法案》為聚變技術(shù)提供稅收優(yōu)惠，將其歸類為清潔能源。隨著技術(shù)進(jìn)步和政策支持，核聚變有望在本世紀(jì)下半葉成為能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，重塑全球能源地緣政治格局。