“人造太阳”：为人类提供“终极能源”

太阳，滋养了地球万物，其能量来源是什么？诸多科学家发现，太阳能量来自氢等轻元素的核聚变。这让人们看到核聚变能源的广阔前景，不少人将它称为人类的“终极能源”，在地球上开发的可控核聚变装置便被称为“人造太阳”。如果能利用可控核聚变反应在地球上造出一个“太阳”，人类就如同拥有了一座原料不竭且无污染的发电厂，能实现水清天蓝、能源永续，并可利用这种高效能源飞出太阳系，成为真正的太空文明。

为此，全球科学家已经努力70余年，我国开展可控核聚变研究也已超过半个世纪，并由早期的跟跑、并跑，发展到部分领跑阶段。

2025年，合肥的“东方超环”全超导托卡马克装置已经实现了1066秒的长脉冲高约束模放电，但是其能量约束时间为0.1~0.2秒。

这意味着什么？

影响可控核聚变实现的是三个核心参数的乘积：等离子体温度、密度、约束时间。温度是实现核聚变的必要条件，对于氘氚聚变来说，其合适的聚变温度在1亿度到2亿度之间，对于氘氘聚变及氢硼聚变，其合适聚变的温度需要再提高10倍以上。密度越高，原子核碰撞越多，聚变功率越高。

能量约束时间比较难理解。简单来说，它是指每个粒子平均参与聚变的时间。由于原子核的体积非常小，每次碰撞，撞到一起的概率非常小，即便正面碰到一起，也不一定能发生原子核聚变融合。如果一次没碰撞上，两个粒子朝着反向飞远，那之前加速粒子所花费的能量，就白白浪费了。

因此，我们需要设计这样一种环境，使得两个粒子第一次没有碰到，下次还有机会再发生碰撞。这就像在操场的环形跑道跑步的两个人，只要保证这两个人始终留在跑道上，第一次相遇没有碰到一起，那绕一圈后总还能再碰上。而能量约束时间，可以认为是这两个人在跑道上的平均停留时间。

要真正实现发电，核聚变实验装置必须能达到上亿度高温、长时间稳态运行，并且具有可控性。因此，“东方超环”一方面创造了新的世界纪录，对人类加快实现聚变发电具有重要意义；另一方面，还需要继续延长能量约束时间，至少要达到数秒量级，保证等离子体之间的充分碰撞时间，才有可能实现聚变输出能量大于输入能量。目前提高能量约束时间最有效的手段是提高聚变堆中超导磁场强度，而这意味着成本的大幅上升。

因此，距离未来建成聚变电站，我们还有很长的路要走。

探究可控核聚变的发展历史会发现，可控核聚变领域的竞争，更多的是综合国力的竞争。可控核聚变涉及的学科种类繁多，技术门槛高、工程复杂，具有漫长创新链和产业链，这使得其发展并不依赖某一项或某几项技术突破，而是有赖于整体技术工程水平、人才和产业优势的提升，因此需要鼓励国内更多企业和高校院所研发团队参与其中。

（作者：孔德峰，系合肥综合性国家科学中心能源研究院聚变研究中心主任）