可控核聚变技术何时商业化？
可控核聚变技术何时商业化？
可控核聚变技术何时商业化？
作为实现无限、清洁、安全能源应用(yìngyòng)的关键，核聚变被誉为“人类终极能源”。核聚变复制了太阳诞生(dànshēng)过程，与将重原子核分裂成较轻的原子核并释放能量的裂变不同，其具有能量密度更高、燃料储量近乎无限、不产生长寿命高放射性废物、本质安全等显著优势，而且核聚变燃料来源氘和(hé)锂(lǐ)相对丰富。从上世纪开始探索可控核聚变技术，到现如今多(duō)国(guó)可控核聚变技术走出实验室迈向工程示范，这场“人造太阳”的梦想正(zhèng)加速“照进现实”。
▲美国可控核聚变技术初创企业启动建设(jiànshè)核聚变发电原型机。
5月，我国核聚变装置紧凑型聚变能实验装置园区（BEST）开启工程总装。同一时期，美国也启动(qǐdòng)了核聚变发电原型机SPARC建设。全球范围内一场围绕可控核聚变技术的科技“赛跑”正(zhèng)悄然(qiǎorán)展开(zhǎnkāi)。
我国(wǒguó)技术部署蹄疾步稳
今年以来，我国可控核聚变技术商业部署按下(ànxià)“快进键”。3月，我国核聚变装置BEST首块顶板顺利(shùnlì)浇筑(jiāozhù)，标志着BEST全面进入分区完工、分区交付的阶段；5月，BEST在安徽合肥开启(kāiqǐ)工程总装，较原计划提前两个(liǎnggè)月，预计2027年建成、2030年实现发电。
BEST将在第一代中国人造太阳EAST装置基础上，首次(shǒucì)实现聚变能发电演示(yǎnshì)(yǎnshì)，推动燃烧等离子物理(wùlǐ)研究，为我国聚变能发展提供开创性(kāichuàngxìng)支持。BEST核心目标(mùbiāo)是首次实现氘氚燃烧等离子体的稳定运行并演示发电，填补从“实验堆”到“示范堆”的工程化空白。光大证券指出，BEST启动标志着我国在可控核聚变领域的技术突破和工程化应用进入新阶段。
作为全球首个紧凑型聚变实验装置，BEST采用模块化设计(shèjì)，体积比传统(chuántǒng)装置如国际热核聚变实验堆（ITER）缩小40%，但(dàn)聚变功率密度提升3倍，计划2027年验证能量净增益，即输出能量超过输入(shūrù)能量，为聚变发电商业化提供关键数据，2035年建成聚变工程示范堆，2050年前(niánqián)实现聚变能商业化发电。
值得一提的是，我国为ITER贡献突出。ITER组织4月底宣布，经过(jīngguò)数十年努力，这一由30多个国家参与建造(jiànzào)的“人造太阳”已完成其“电磁心脏”——世界最大、最强的脉冲超导电磁体系统的全部组件建造，标志(biāozhì)着向实现可控(kěkòng)核聚变能源迈出关键一步。
ITER是一个能产生大规模核聚变反应的托卡马克装置，旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程(guòchéng)，探索可控核聚变技术商业化可行性，由欧盟(ōuméng)、中国、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯等共同(gòngtóng)资助。
托卡马克是一种利用(lìyòng)磁约束来实现受控核聚变的环形容器(róngqì)，新建成的脉冲磁体系统是托卡马克装置的“电磁心脏”。ITER组织总干事彼得罗·巴拉巴斯基说表示：“在(zài)这一国际合作(hézuò)中，中国贡献至关重要。在可控核聚变领域，中国无论是在资源部署(bùshǔ)还是工业能力部署方面进展都较快。”
据悉(jùxī)，ITER磁体(cítǐ)馈线系统由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研制，被称为ITER磁体系统的“生命线(shēngmìngxiàn)”。作为ITER中国工作组重要单位之一，等离子体物理研究所承担了超导体(chāodǎotǐ)、校正(jiàozhèng)场线圈、磁体馈线、电源、诊断等众多采购包，占中国承担ITER采购包任务的大部分。
美国有线电视新闻网报道称，5月，美国可控核聚变技术初创企业Commonwealth Fusion Systems在波士顿郊外一座工业园区启动核聚变发电原型机SPARC建设。SPARC是一个类似“甜甜圈”形状的托卡马克(tuōkǎmǎkè)装置。托卡马克装置中央是一个环形(huánxíng)真空室，外面缠绕着线圈。通电(tōngdiàn)的时候，托卡马克装置内部会产生巨大螺旋型磁场，将其中(qízhōng)的等离子体(děnglízǐtǐ)加热(jiārè)到(dào)很高温度，以达到核聚变目的。截至目前，科学界(kēxuéjiè)传统观点认为，托卡马克装置越大，性能越强。
Commonwealth Fusion Systems公司表示(biǎoshì)，SPARC尺寸与现有中型(zhōngxíng)聚变装置相当，但磁场更强(gèngqiáng)。通过强大电磁铁产生适合聚变能(néng)的条件，包括超过1亿摄氏度的内部温度(wēndù)，预计将产生50—100兆瓦聚变功率，实现大于10的聚变增益。SPARC产生的能量是煤炭或天然气的1000万倍。
如果一切按计划(ànjìhuà)推进，SPARC有望在本世纪三十年代初成为美国首个商业可控核聚变(héjùbiàn)发电设施，预计可产生400兆瓦电力，相当于15万户家庭用电(yòngdiàn)需求。
目前，SPARC一大障碍是能否建造足够强大的(de)(de)磁体来驾驭熔融、难以驯服的等离子体，即(jí)发生核聚变反应的带电气体超热云团，等离子体温度极高且非常(fēicháng)，其密度比空气低100万倍。同时，还要克服能量净增益问题。
据悉，Commonwealth Fusion Systems公司(gōngsī)已经募集20亿美元私人资本，目标是本世纪30年代在弗吉尼亚州建成世界(shìjiè)上第一座核聚变供能发电厂(fādiànchǎng)。
今年初，美国(měiguó)(měiguó)能源部宣布为核聚变创新研究引擎合作组织中的6个项目提供1.07亿美元资金，推动(tuīdòng)美国聚变能源战略提速。根据美国《聚变能源法案》，为加快先进核反应堆部署，联邦政府将为商业核聚变装置颁发许可证，以简化商业核聚变的实施过程。
5月23日，美国总统(zǒngtǒng)特朗普签署了一系列有关核能的行政命令，涉及对美国核管理委员会进行全面(quánmiàn)改革、修改监管流程以加快核反应堆测试(cèshì)等，希望2029年1月即特朗普第二任期结束(jiéshù)前“测试和部署”新的核反应堆。美国媒体指出，受政策利好，美国可控核聚变技术商业化将进一步提速(tísù)。
商业化仍需克服诸多挑战(tiǎozhàn)
国际能源署(shǔ)预测，到2030年，全球核聚变市场规模(guīmó)有望达到(dádào)4965.5亿美元，2024至2030年间复合年均增长率为7.4%。
方正证券表示，可控(kěkòng)核聚变(héjùbiàn)或作为能源终极解决方案，商业化(shāngyèhuà)发展前景十分广阔，近年来国内外可控核聚变项目持续推进，为商业化落地奠定基础。
湘财证券指出，AI算力爆发带来的电力(diànlì)需求激增，推动核聚变技术(jìshù)研发部署加速。今年以来，国内相关项目招标亦加快落地，看好(kànhǎo)核聚变技术发展加速。
目前，核聚变技术原理虽已基本解决，难点(nándiǎn)却集中在如何维持反应(fǎnyìng)足够长时间。也就是说，虽然科学(kēxué)原理清晰，但创造和约束这个“小(xiǎo)太阳”的巨大工程和物理挑战不容小觑，需要克服诸多极端条件，包括上亿度高温、强磁场、强中子辐照等。
聚变工业协会首席(shǒuxí)执行官安德鲁·霍兰德表示：“现在的问题是，何时(héshí)才能建成这样一台机器。”
美国能源部核聚变能源科学办公室主任让·保罗·阿兰认为：“我们需要(xūyào)考虑(kǎolǜ)培育更多核聚变用氚(chuān)燃料所需的供应链，这需要获得锂资源储备。全球范围内，锂需求十分旺盛。”
“数字化(shùzìhuà)时代，我们需要尽可能多的电力，”弗吉尼亚州州长格伦·扬金(yángjīn)强调，“谁能赢得这场竞赛，谁就能迅速抓住经济机遇。”
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欢迎分享给你的朋友！ 出品 | 中国能源报（ID：cnenergy） 编辑丨闫志强
作为实现无限、清洁、安全能源应用(yìngyòng)的关键，核聚变被誉为“人类终极能源”。核聚变复制了太阳诞生(dànshēng)过程，与将重原子核分裂成较轻的原子核并释放能量的裂变不同，其具有能量密度更高、燃料储量近乎无限、不产生长寿命高放射性废物、本质安全等显著优势，而且核聚变燃料来源氘和(hé)锂(lǐ)相对丰富。从上世纪开始探索可控核聚变技术，到现如今多(duō)国(guó)可控核聚变技术走出实验室迈向工程示范，这场“人造太阳”的梦想正(zhèng)加速“照进现实”。
▲美国可控核聚变技术初创企业启动建设(jiànshè)核聚变发电原型机。
5月，我国核聚变装置紧凑型聚变能实验装置园区（BEST）开启工程总装。同一时期，美国也启动(qǐdòng)了核聚变发电原型机SPARC建设。全球范围内一场围绕可控核聚变技术的科技“赛跑”正(zhèng)悄然(qiǎorán)展开(zhǎnkāi)。
我国(wǒguó)技术部署蹄疾步稳
今年以来，我国可控核聚变技术商业部署按下(ànxià)“快进键”。3月，我国核聚变装置BEST首块顶板顺利(shùnlì)浇筑(jiāozhù)，标志着BEST全面进入分区完工、分区交付的阶段；5月，BEST在安徽合肥开启(kāiqǐ)工程总装，较原计划提前两个(liǎnggè)月，预计2027年建成、2030年实现发电。
BEST将在第一代中国人造太阳EAST装置基础上，首次(shǒucì)实现聚变能发电演示(yǎnshì)(yǎnshì)，推动燃烧等离子物理(wùlǐ)研究，为我国聚变能发展提供开创性(kāichuàngxìng)支持。BEST核心目标(mùbiāo)是首次实现氘氚燃烧等离子体的稳定运行并演示发电，填补从“实验堆”到“示范堆”的工程化空白。光大证券指出，BEST启动标志着我国在可控核聚变领域的技术突破和工程化应用进入新阶段。
作为全球首个紧凑型聚变实验装置，BEST采用模块化设计(shèjì)，体积比传统(chuántǒng)装置如国际热核聚变实验堆（ITER）缩小40%，但(dàn)聚变功率密度提升3倍，计划2027年验证能量净增益，即输出能量超过输入(shūrù)能量，为聚变发电商业化提供关键数据，2035年建成聚变工程示范堆，2050年前(niánqián)实现聚变能商业化发电。
值得一提的是，我国为ITER贡献突出。ITER组织4月底宣布，经过(jīngguò)数十年努力，这一由30多个国家参与建造(jiànzào)的“人造太阳”已完成其“电磁心脏”——世界最大、最强的脉冲超导电磁体系统的全部组件建造，标志(biāozhì)着向实现可控(kěkòng)核聚变能源迈出关键一步。
ITER是一个能产生大规模核聚变反应的托卡马克装置，旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程(guòchéng)，探索可控核聚变技术商业化可行性，由欧盟(ōuméng)、中国、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯等共同(gòngtóng)资助。
托卡马克是一种利用(lìyòng)磁约束来实现受控核聚变的环形容器(róngqì)，新建成的脉冲磁体系统是托卡马克装置的“电磁心脏”。ITER组织总干事彼得罗·巴拉巴斯基说表示：“在(zài)这一国际合作(hézuò)中，中国贡献至关重要。在可控核聚变领域，中国无论是在资源部署(bùshǔ)还是工业能力部署方面进展都较快。”
据悉(jùxī)，ITER磁体(cítǐ)馈线系统由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研制，被称为ITER磁体系统的“生命线(shēngmìngxiàn)”。作为ITER中国工作组重要单位之一，等离子体物理研究所承担了超导体(chāodǎotǐ)、校正(jiàozhèng)场线圈、磁体馈线、电源、诊断等众多采购包，占中国承担ITER采购包任务的大部分。
美国有线电视新闻网报道称，5月，美国可控核聚变技术初创企业Commonwealth Fusion Systems在波士顿郊外一座工业园区启动核聚变发电原型机SPARC建设。SPARC是一个类似“甜甜圈”形状的托卡马克(tuōkǎmǎkè)装置。托卡马克装置中央是一个环形(huánxíng)真空室，外面缠绕着线圈。通电(tōngdiàn)的时候，托卡马克装置内部会产生巨大螺旋型磁场，将其中(qízhōng)的等离子体(děnglízǐtǐ)加热(jiārè)到(dào)很高温度，以达到核聚变目的。截至目前，科学界(kēxuéjiè)传统观点认为，托卡马克装置越大，性能越强。
Commonwealth Fusion Systems公司表示(biǎoshì)，SPARC尺寸与现有中型(zhōngxíng)聚变装置相当，但磁场更强(gèngqiáng)。通过强大电磁铁产生适合聚变能(néng)的条件，包括超过1亿摄氏度的内部温度(wēndù)，预计将产生50—100兆瓦聚变功率，实现大于10的聚变增益。SPARC产生的能量是煤炭或天然气的1000万倍。
如果一切按计划(ànjìhuà)推进，SPARC有望在本世纪三十年代初成为美国首个商业可控核聚变(héjùbiàn)发电设施，预计可产生400兆瓦电力，相当于15万户家庭用电(yòngdiàn)需求。
目前，SPARC一大障碍是能否建造足够强大的(de)(de)磁体来驾驭熔融、难以驯服的等离子体，即(jí)发生核聚变反应的带电气体超热云团，等离子体温度极高且非常(fēicháng)，其密度比空气低100万倍。同时，还要克服能量净增益问题。
据悉，Commonwealth Fusion Systems公司(gōngsī)已经募集20亿美元私人资本，目标是本世纪30年代在弗吉尼亚州建成世界(shìjiè)上第一座核聚变供能发电厂(fādiànchǎng)。
今年初，美国(měiguó)(měiguó)能源部宣布为核聚变创新研究引擎合作组织中的6个项目提供1.07亿美元资金，推动(tuīdòng)美国聚变能源战略提速。根据美国《聚变能源法案》，为加快先进核反应堆部署，联邦政府将为商业核聚变装置颁发许可证，以简化商业核聚变的实施过程。
5月23日，美国总统(zǒngtǒng)特朗普签署了一系列有关核能的行政命令，涉及对美国核管理委员会进行全面(quánmiàn)改革、修改监管流程以加快核反应堆测试(cèshì)等，希望2029年1月即特朗普第二任期结束(jiéshù)前“测试和部署”新的核反应堆。美国媒体指出，受政策利好，美国可控核聚变技术商业化将进一步提速(tísù)。
商业化仍需克服诸多挑战(tiǎozhàn)
国际能源署(shǔ)预测，到2030年，全球核聚变市场规模(guīmó)有望达到(dádào)4965.5亿美元，2024至2030年间复合年均增长率为7.4%。
方正证券表示，可控(kěkòng)核聚变(héjùbiàn)或作为能源终极解决方案，商业化(shāngyèhuà)发展前景十分广阔，近年来国内外可控核聚变项目持续推进，为商业化落地奠定基础。
湘财证券指出，AI算力爆发带来的电力(diànlì)需求激增，推动核聚变技术(jìshù)研发部署加速。今年以来，国内相关项目招标亦加快落地，看好(kànhǎo)核聚变技术发展加速。
目前，核聚变技术原理虽已基本解决，难点(nándiǎn)却集中在如何维持反应(fǎnyìng)足够长时间。也就是说，虽然科学(kēxué)原理清晰，但创造和约束这个“小(xiǎo)太阳”的巨大工程和物理挑战不容小觑，需要克服诸多极端条件，包括上亿度高温、强磁场、强中子辐照等。
聚变工业协会首席(shǒuxí)执行官安德鲁·霍兰德表示：“现在的问题是，何时(héshí)才能建成这样一台机器。”
美国能源部核聚变能源科学办公室主任让·保罗·阿兰认为：“我们需要(xūyào)考虑(kǎolǜ)培育更多核聚变用氚(chuān)燃料所需的供应链，这需要获得锂资源储备。全球范围内，锂需求十分旺盛。”
“数字化(shùzìhuà)时代，我们需要尽可能多的电力，”弗吉尼亚州州长格伦·扬金(yángjīn)强调，“谁能赢得这场竞赛，谁就能迅速抓住经济机遇。”
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