告别“永远差50年”！核聚变关键部件完全国产，2030年或演示发电

人类文明的发展史，本质上就是一部人类不断突破能量获取边界、提升能量转化效率的进化史。而可控核聚变，便是目前人类文明可以看到并掌握的最佳能源，被科学界公认为“终极能源”。

近日，据央视新闻报道，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所“人造太阳”项目取得最新进展，我国两款自主研制的核聚变堆超导磁体分别完成技术验收和满工况参数测试，标志着我国在聚变堆超导磁体研发领域取得重要突破。

我国“人造太阳”项目取得重要突破

据报道，此次通过验收的环向场磁体，是国家重大科技基础设施“聚变堆主机关键系统综合研究设施”（CRAFT）最大的超导部件，也是目前国际上体积最大的聚变堆超导磁体。

这是一个形似字母D的巨型装备，该磁体长21米、宽12米、高3.3米，总重量达582吨，对比国际热核聚变堆同型号磁体，它的体积是对方的1.3倍，储能更是达到其3倍，是当前全球尺寸最大的核聚变堆超导磁体，也是“聚变堆主机关键系统综合研究设施”最重要的部件之一。

该项目历时6年，先后完成方案设计、前期预研、整机研制与性能测试全流程工作，最终实现特种不锈钢、绝缘材料、超导材料等全部国产，整套磁体全链条关键环节均实现自主可控，各项性能指标领跑国际同类产品。

据介绍，在聚变装置运行过程中，超导磁体产生强磁场束缚上亿度高温等离子体，其中环向场磁体负责构建环向磁场，借助洛伦兹力牢牢约束住带电粒子，防止等离子体逃逸。如果磁力约束不够强，核聚变就无从谈起。

而该磁体由16块同款磁体将组合成环，产生6.5特斯拉的环向磁场，负责把上亿度等离子体“锁”在真空室内、减少高能粒子对器壁的冲击损耗。

与此同时，在合肥未来大科学城，紧邻聚变堆主机关键系统综合研究设施，还有另外一个核聚变大科学装置，即紧凑型聚变能实验装置（BEST）的关键部件也取得了重要进展。

据中科院合肥研究院公布的实测数据显示，该线圈稳定载流达到60千安，储能6.03兆焦，最大磁场变化率每秒5.1特斯拉，接头电阻仅0.87纳欧，核心性能达到国际领先水准。

更重要的是，这套装备从超导材料、结构设计到成套制备工艺已打破国外技术垄断，实现完全国产化。

按计划，紧凑型聚变能实验装置将在2027年左右建成，力争在2030年演示核聚变发电。中心螺管线圈的核心作用是感应、驱动等离子体电流，并动态调节等离子体约束形态。它可以起到类似汽车发动机火花塞的作用，在核聚变堆的启动阶段发挥巨大作用。

这两项突破为我国建设核聚变夯实了“超导工程基础”，标志着可控核聚变从实验室研发正式迈入工程建造验证阶段，后续CRAFT、CFEDR（原CFETR，2025年6月更名为中国聚变工程示范堆）、BEST堆将启动大批量设备招标。

可控核聚变正在加速走向现实

随着这两项装置的突破，不仅标志着我国在可控核聚变领域实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越，更实质性地证明了可控核聚变已经从过去的理论上可行，走向了工程上可行的道路。

可控核聚变要“燃烧”起来，必须同时满足劳森判据的三要素：温度、密度、约束时间。氘氚聚变需要约1.5亿摄氏度（远高于太阳核心的1500万℃，因为地球没有太阳那样3000亿大气压的引力约束，只能用高温弥补稀薄密度）；等离子体密度需达到10²⁰/m³量级；约束时间需达到数秒到数百秒级。三者乘积（聚变三乘积）必须超过10²¹ keV·s/m³才能实现点火自持燃烧。

要在地球把1.5亿度的等离子体“关”住不碰壁，靠的是托卡马克装置用超导线圈产生10–15特斯拉的强磁场（约为地球磁场的十万倍）编织“磁笼”。这意味着超导磁体系统是整个聚变堆最核心、最昂贵（占装置成本30%–40%）、最难造的部件。

而此次CRAFT突破的两大部件，不仅将磁体精度做到手表齿轮级别，还使其在接近绝对零度的超低温和1.5亿度等离子体的“冰火夹层”中长期稳定工作，直接解决了可控核聚变工程制造上的难题。

产业界对于核聚变一直有个说法，那就是核聚变永远还差50年。这是因为人类一直在“验证科学原理”和“解决基础工程难题”的泥潭中艰难跋涉。而近两年，核聚变从“永远差50年”变为有明确时间表的国家级工程，源于三大合力同时成熟。

一是物理验证突破，中国EAST实现1亿℃约束千秒级运行，HL-3达成“双亿度”点火门槛，核心物理条件被验证；二是材料工程破局，高温超导带材全链条自主可控，磁体满工况测试通过，支撑紧凑型商用堆降本60%以上；三是AI深度赋能，垂域大模型、智能控制算法落地，破解等离子体毫秒级调控难题，实验周期大幅压缩。三大瓶颈首次迎来系统性可工程化解法，让核聚变商业化进程显著提速。

不过需要明确的是，尽管加速趋势明显，但想要真正实现商用，还有一些问题需要解决。例如当前所有装置都是靠外部加热维持等离子体温度，尚未实现聚变产物α粒子自加热维持反应的“自持燃烧”状态，这是HL-3 2027年燃烧实验要验证的核心。

此外，14 MeV高能中子长期轰击下第一壁材料脆化、损伤问题，需在真实堆环境长期考核，目前全球尚无材料通过全寿命验证。加上聚变过程中的氚燃料在自然界非常少，聚变堆需靠锂包层“边烧边造”，国内已建成完整氚增殖、提取、回收实验平台，但工程级闭环尚未在堆内验证。

工程上也有一些问题尚未解决，例如等离子体的精准控制以及聚变产生的中子能量如何高效转化为电能。经济性上，首座商用堆投资预计超千亿元，电价竞争力依赖规模化与技术迭代。

瑞士苏黎世联邦理工学院有研究甚至指出，聚变成本下降速度可能慢于预期，最终或无法与光伏、风电竞争。即便商业化后电价预计可以降至0.1–0.15元/度，但电站建设、维护、输配成本仍需分摊，并非绝对免费。

总结

综合来看，本次CRAFT超导磁体突破的意义，在于它补齐了聚变工程化链条上最难造的那块部件，让中国从能做物理实验升级为能造工程级堆。但距离真正实现可控核聚变发电还有一段距离，好消息是这次从永远差了50年，变成为一个有着明确时间目标的工程项目，中国也开始真正走入全球聚变商业化的第一梯队。