原创 中国“人造太阳”BEST:照亮人类能源未来的曙光
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2025-10-27 09:00:37

2025年10月25日,外交部发言人毛宁在例行记者会上向世界宣布:中国在安徽合肥建设的全超导托卡马克核聚变实验装置(BEST)预计于2027年竣工。这一消息标志着中国在可控核聚变领域迈出关键一步,更预示着人类距离实现“能源自由”的终极目标更近一步。作为全球首个具备真实聚变发电能力的实验装置,BEST的建成将改写世界能源格局,为应对气候变化、保障能源安全提供中国方案。

一、从太阳到“人造太阳”:人类能源革命的终极探索

太阳的能量源于内部持续46亿年的核聚变反应:氢原子核在1500万摄氏度高温和2500亿个大气压下聚合成氦,释放出巨大能量。人类对可控核聚变的追求,本质上是试图在地球上复制这一过程。与核裂变相比,核聚变具有三大优势:

  1. 燃料近乎无限:1升海水中的氘通过聚变释放的能量相当于300升汽油,地球海洋中氘的储量可满足人类数十亿年需求。
  2. 环境零污染:聚变产物为氦气,不产生温室气体或高放射性核废料。
  3. 本质安全:聚变反应需精确条件维持,任何故障都会自动终止,无熔毁风险。

中国对“人造太阳”的探索始于1970年。从中国环流器一号到2020年实现首次放电的新一代“人造太阳”装置,再到2025年1月东方超环(EAST)创造的1亿摄氏度1066秒稳态高约束模运行世界纪录,中国已建成全球规模最大、参数最高的托卡马克装置集群。BEST的诞生,正是这一脉络的最新成果。

二、BEST:突破性技术构建聚变发电里程碑

作为全球首个旨在实现真实聚变发电的实验装置,BEST在技术层面实现三大跨越:

1. 超导磁体系统的革命性升级

BEST采用全超导磁体设计,磁场强度较前代装置提升40%,可约束更高温度、密度的等离子体。其核心部件——超导线圈由钇钡铜氧(YBCO)第二代高温超导材料制成,能在液氮温度(-196℃)下实现零电阻导电,大幅降低能耗。中核集团西南物理研究院团队通过纳米级晶界调控技术,将超导带材临界电流密度提升至500A/mm²,达到国际领先水平。

2. 等离子体控制技术的精准突破

实现“亿度千秒”稳态运行是BEST的核心目标。团队开发出基于深度学习的等离子体形状实时控制系统,通过10万个传感器每毫秒采集数据,利用AI算法预测并抑制边缘局域模(ELM)等不稳定性。2025年4月,EAST装置在22轮物理实验、15万次迭代中,成功将等离子体约束时间从403秒延长至1066秒,为BEST提供了关键数据支撑。

3. 聚变燃料自持循环的创新设计

BEST首次集成锂包层中子增殖系统,利用聚变产生的中子轰击锂-6靶,实现氚的自我繁殖。实验显示,该系统氚增殖比可达1.05,意味着燃料可在装置内循环使用,无需外部补充。这一设计解决了聚变能商业化最关键的燃料供给问题。

三、全球协作与自主创新:中国聚变之路的双重驱动

中国在可控核聚变领域的成就,源于国际合作与自主创新的有机结合。作为国际热核聚变实验堆(ITER)计划的核心成员,中国承担了9%的关键部件研制任务,包括磁体馈线、校正场线圈等核心系统。2025年4月,中国自主制造的最后一根校正场线圈内馈线运抵法国,标志着中国交付的ITER部件100%一次性通过国际评估,在七方成员中创造多项第一。

与此同时,中国坚持“两条腿走路”:在参与ITER的同时,自主建设EAST、HL-2M等装置,形成“国际合作积累经验—自主装置突破关键技术—工程化装置验证应用”的完整链条。BEST项目总工程师徐国盛指出:“ITER是聚变能的‘概念车’,BEST则是‘量产车原型’。我们既要学习国际先进经验,更要解决中国特有的工程问题。”

四、能源革命的溢出效应:从实验室到千行百业

可控核聚变的研究正催生一场技术革命。BEST项目带动了超导材料、低温制冷、等离子体物理等领域的突破:

  • 超导产业:上海超导科技股份有限公司研发的75毫米宽幅超导带材,性能达国际同类产品1.5倍,已应用于BEST磁体系统。
  • 低温制冷:中科富海公司开发的液氦到超流氦温区大型低温制冷装备,填补国内空白,保障BEST极低温环境需求。
  • 人工智能:华为云与等离子体所合作开发的“晔知”大模型,可实时分析百万级数据点,预测等离子体不稳定性,将控制精度提升至毫米级。

这些技术已开始赋能其他领域。例如,超导磁体技术应用于医疗MRI设备,使成像分辨率提升3倍;低温制冷技术支撑了量子计算机研发;等离子体技术则用于半导体芯片清洗,良品率提高15%。

五、面向2030:从实验装置到示范电站

根据中国磁约束核聚变路线图,BEST的竣工仅是第一步。2028年,中国将启动聚变工程示范堆(CFEDR)建设,目标实现每秒10次的聚变脉冲发电,输出功率达200兆瓦。2035年前,首个商用聚变电站将并入电网,标志着人类正式进入聚变能时代。

国际能源署(IEA)预测,到2050年,聚变能可满足全球15%的电力需求,每年减少60亿吨二氧化碳排放。中国环流器三号(HL-3)项目负责人钟武律表示:“聚变之路依然漫长,但每一次突破都在缩短理想与现实的距离。BEST的建成,将证明人类可以在地球上建造‘第二个太阳’。”

结语:照亮未来的中国之光

从合肥科学岛到全球能源版图,中国“人造太阳”的征程,是科技自立自强的生动实践,更是人类文明进步的共同追求。当BEST在2027年点燃第一束聚变之光时,它不仅将改写中国能源结构,更会为全球应对气候变化、实现可持续发展提供关键解决方案。正如毛宁所言:“中国‘人造太阳’的每一度电,都将为人类命运共同体注入清洁动能。”在这场通往能源自由的征途中,中国正以创新之光,照亮人类文明的未来。

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