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、安全能源应用的(de)关键，核聚变被誉为“人类终极能源”。核聚变复制了太阳(tàiyáng)诞生(dànshēng)过程，与将重原子核分裂(fēnliè)成较轻的原子核并释放能量的裂变(lièbiàn)不同，其具有能量密度更高、燃料储量(chǔliàng)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锂相对丰富。从上世纪开始探索可控核聚变技术，到现如今多国可控核聚变技术走出实验室迈向工程示范，这场“人造太阳”的梦想正加速(jiāsù)“照进现实”。
▲美国(měiguó)可控核聚变技术初创企业启动建设核聚变发电原型机。
5月，我国核聚变装置紧凑型(jǐncòuxíng)聚变能实验装置园区（BEST）开启工程总装。同一时期，美国也启动了核聚变发电(fādiàn)原型机SPARC建设。全球范围内一场围绕可控核聚变技术(jìshù)的(de)科技“赛跑”正悄然展开。
我国技术部署蹄(tí)疾步稳
今年以来，我国可控核聚变技术商业部署按下“快进键”。3月，我国核聚变装置(zhuāngzhì)BEST首块顶板顺利(shùnlì)浇筑，标志着BEST全面进入分区完工、分区交付的阶段；5月，BEST在安徽合肥开启工程总装，较原(jiàoyuán)计划提前两个月，预计2027年建成(jiànchéng)、2030年实现(shíxiàn)发电。
BEST将在第一代中国人造太阳EAST装置(zhuāngzhì)基础上，首次实现聚变能发电演示，推动燃烧等离子物理(wùlǐ)研究，为我国(wǒguó)聚变能发展提供开创性支持。BEST核心目标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(zhǐchū)，BEST启动标志着我国在可控核聚变领域(lǐngyù)的技术突破(tūpò)和工程化应用进入新阶段。
作为(wèi)全球首个紧凑型聚变(jùbiàn)实验装置，BEST采用模块化设计，体积比传统装置如国际热核聚变实验堆（ITER）缩小(suōxiǎo)40%，但聚变功率密度提升3倍(bèi)，计划2027年验证能量净增益，即输出能量超过输入能量，为聚变发电(fādiàn)商业化提供关键数据，2035年建成聚变工程示范堆，2050年前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，经过数十年努力(nǔlì)，这一(zhèyī)由30多个国家参与建造的“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，标志着向实现可控(kěkòng)核聚变能源迈出关键(guānjiàn)一步。
ITER是一个能产生(chǎnshēng)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，探索可控核聚变技术(jìshù)商业化可行性，由欧盟、中国(zhōngguó)、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯等共同资助。
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，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)这一国际合作中，中国贡献至关重要。在可控核聚变领域(lǐngyù)，中国无论是在资源部署(bùshǔ)还是工业能力部署方面(fāngmiàn)进展都较快。”
据悉，ITER磁体馈线系统由(yóu)中国(zhōngguó)科学院合肥物质科学研究院等离子体(děnglízǐtǐ)物理研究所研制，被称为ITER磁体系统的“生命线”。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(chéngdān)了超导体、校正场线圈、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(dàbùfèn)。
美国有线电视新闻网报道称，5月，美国可控(kěkòng)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(fādiàn)原型机SPARC建设。SPARC是(shì)一个类似“甜甜圈”形状的托卡马克装置(zhuāngzhì)。托卡马克装置中央是一个环形真空室，外面缠绕着线圈(xiànquān)。通电的时候，托卡马克装置内部会产生巨大螺旋型磁场，将其中的等离子体(děnglízǐtǐ)加热到很高温度，以达到核聚变目的。截至目前，科学界传统(chuántǒng)观点认为，托卡马克装置越大，性能越强(yuèqiáng)。
Commonwealth Fusion Systems公司(gōngsī)表示，SPARC尺寸(chǐcùn)与现有中型聚变装置相当，但磁场更强。通过(tōngguò)强大电磁铁产生适合聚变能的(de)条件，包括超过1亿摄氏度的内部温度，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(huò)天然气的1000万倍。
如果一切按计划推进，SPARC有望(yǒuwàng)在本世纪三十(sānshí)年代初成为美国首个商业可控核聚变发电设施，预计可产生400兆瓦电力，相当于15万户家庭用电需求(xūqiú)。
目前，SPARC一大障碍是能否建造足够强大的磁体来驾驭熔融、难以驯服(xùnfú)的等离子体(děnglízǐtǐ)，即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，其密度比空气低(dī)100万倍。同时，还要(háiyào)克服能量净增益问题。
据悉，Commonwealth Fusion Systems公司已经(yǐjīng)募集20亿美元私人资本，目标是(shì)本世纪30年代在弗吉尼亚州建成世界上第一座(dìyīzuò)核聚变供能发电厂。
今年初，美国能源部宣布为核聚变创新研究(yánjiū)引擎合作组织中的(de)6个项目提供1.07亿美元(yìměiyuán)资金，推动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(guòchéng)。
5月23日，美国总统特朗普签署了一系列有关核能的行政命令，涉及(shèjí)对美国核管理委员会进行全面改革、修改监管流程以加快核反应堆(héfǎnyìngduī)测试等，希望2029年1月即特朗普第二任期结束(jiéshù)前“测试和部署”新(xīn)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(jiāng)进一步提速。
商业化仍需克服诸多挑战(tiǎozhàn)
国际(guójì)能源署预测，到2030年，全球核聚变市场规模(guīmó)有望达到4965.5亿美元，2024至2030年间(niánjiān)复合年均增长率为7.4%。
方正证券表示(biǎoshì)，可控(kěkòng)核聚变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(bàofā)带来的电力需求激增，推动核聚变技术研发部署(bùshǔ)加速。今年以来，国内相关项目招标(zhāobiāo)亦加快落地，看好核聚变技术发展加速。
目前，核聚变技术原理虽已基本(jīběn)解决，难点却(què)集中在如何维持反应足够(zúgòu)长时间。也就是说，虽然科学原理清晰，但创造和约束这个“小太阳”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(qiáng)磁场、强中子辐照等。
聚变工业协会首席执行官安德鲁·霍兰德表示：“现在的问题(wèntí)是，何时才能建成这样一台机器(jīqì)。”
美国能源部核聚变(héjùbiàn)能源科学办公室主任让·保罗·阿兰认为：“我们(wǒmen)需要考虑培育更多核聚变用氚燃料所需的供应链，这需要获得锂资源(zīyuán)储备。全球范围内，锂需求十分旺盛。”
“数字化时代，我们需要尽可能(néng)多的电力，”弗吉尼亚州州长格伦·扬金强调，“谁能赢得(yíngde)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、安全能源应用的(de)关键，核聚变被誉为“人类终极能源”。核聚变复制了太阳(tàiyáng)诞生(dànshēng)过程，与将重原子核分裂(fēnliè)成较轻的原子核并释放能量的裂变(lièbiàn)不同，其具有能量密度更高、燃料储量(chǔliàng)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锂相对丰富。从上世纪开始探索可控核聚变技术，到现如今多国可控核聚变技术走出实验室迈向工程示范，这场“人造太阳”的梦想正加速(jiāsù)“照进现实”。
▲美国(měiguó)可控核聚变技术初创企业启动建设核聚变发电原型机。
5月，我国核聚变装置紧凑型(jǐncòuxíng)聚变能实验装置园区（BEST）开启工程总装。同一时期，美国也启动了核聚变发电(fādiàn)原型机SPARC建设。全球范围内一场围绕可控核聚变技术(jìshù)的(de)科技“赛跑”正悄然展开。
我国技术部署蹄(tí)疾步稳
今年以来，我国可控核聚变技术商业部署按下“快进键”。3月，我国核聚变装置(zhuāngzhì)BEST首块顶板顺利(shùnlì)浇筑，标志着BEST全面进入分区完工、分区交付的阶段；5月，BEST在安徽合肥开启工程总装，较原(jiàoyuán)计划提前两个月，预计2027年建成(jiànchéng)、2030年实现(shíxiàn)发电。
BEST将在第一代中国人造太阳EAST装置(zhuāngzhì)基础上，首次实现聚变能发电演示，推动燃烧等离子物理(wùlǐ)研究，为我国(wǒguó)聚变能发展提供开创性支持。BEST核心目标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(zhǐchū)，BEST启动标志着我国在可控核聚变领域(lǐngyù)的技术突破(tūpò)和工程化应用进入新阶段。
作为(wèi)全球首个紧凑型聚变(jùbiàn)实验装置，BEST采用模块化设计，体积比传统装置如国际热核聚变实验堆（ITER）缩小(suōxiǎo)40%，但聚变功率密度提升3倍(bèi)，计划2027年验证能量净增益，即输出能量超过输入能量，为聚变发电(fādiàn)商业化提供关键数据，2035年建成聚变工程示范堆，2050年前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，经过数十年努力(nǔlì)，这一(zhèyī)由30多个国家参与建造的“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，标志着向实现可控(kěkòng)核聚变能源迈出关键(guānjiàn)一步。
ITER是一个能产生(chǎnshēng)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，探索可控核聚变技术(jìshù)商业化可行性，由欧盟、中国(zhōngguó)、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯等共同资助。
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，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)这一国际合作中，中国贡献至关重要。在可控核聚变领域(lǐngyù)，中国无论是在资源部署(bùshǔ)还是工业能力部署方面(fāngmiàn)进展都较快。”
据悉，ITER磁体馈线系统由(yóu)中国(zhōngguó)科学院合肥物质科学研究院等离子体(děnglízǐtǐ)物理研究所研制，被称为ITER磁体系统的“生命线”。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(chéngdān)了超导体、校正场线圈、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(dàbùfèn)。
美国有线电视新闻网报道称，5月，美国可控(kěkòng)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(fādiàn)原型机SPARC建设。SPARC是(shì)一个类似“甜甜圈”形状的托卡马克装置(zhuāngzhì)。托卡马克装置中央是一个环形真空室，外面缠绕着线圈(xiànquān)。通电的时候，托卡马克装置内部会产生巨大螺旋型磁场，将其中的等离子体(děnglízǐtǐ)加热到很高温度，以达到核聚变目的。截至目前，科学界传统(chuántǒng)观点认为，托卡马克装置越大，性能越强(yuèqiáng)。
Commonwealth Fusion Systems公司(gōngsī)表示，SPARC尺寸(chǐcùn)与现有中型聚变装置相当，但磁场更强。通过(tōngguò)强大电磁铁产生适合聚变能的(de)条件，包括超过1亿摄氏度的内部温度，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(huò)天然气的1000万倍。
如果一切按计划推进，SPARC有望(yǒuwàng)在本世纪三十(sānshí)年代初成为美国首个商业可控核聚变发电设施，预计可产生400兆瓦电力，相当于15万户家庭用电需求(xūqiú)。
目前，SPARC一大障碍是能否建造足够强大的磁体来驾驭熔融、难以驯服(xùnfú)的等离子体(děnglízǐtǐ)，即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，其密度比空气低(dī)100万倍。同时，还要(háiyào)克服能量净增益问题。
据悉，Commonwealth Fusion Systems公司已经(yǐjīng)募集20亿美元私人资本，目标是(shì)本世纪30年代在弗吉尼亚州建成世界上第一座(dìyīzuò)核聚变供能发电厂。
今年初，美国能源部宣布为核聚变创新研究(yánjiū)引擎合作组织中的(de)6个项目提供1.07亿美元(yìměiyuán)资金，推动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(guòchéng)。
5月23日，美国总统特朗普签署了一系列有关核能的行政命令，涉及(shèjí)对美国核管理委员会进行全面改革、修改监管流程以加快核反应堆(héfǎnyìngduī)测试等，希望2029年1月即特朗普第二任期结束(jiéshù)前“测试和部署”新(xīn)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(jiāng)进一步提速。
商业化仍需克服诸多挑战(tiǎozhàn)
国际(guójì)能源署预测，到2030年，全球核聚变市场规模(guīmó)有望达到4965.5亿美元，2024至2030年间(niánjiān)复合年均增长率为7.4%。
方正证券表示(biǎoshì)，可控(kěkòng)核聚变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(bàofā)带来的电力需求激增，推动核聚变技术研发部署(bùshǔ)加速。今年以来，国内相关项目招标(zhāobiāo)亦加快落地，看好核聚变技术发展加速。
目前，核聚变技术原理虽已基本(jīběn)解决，难点却(què)集中在如何维持反应足够(zúgòu)长时间。也就是说，虽然科学原理清晰，但创造和约束这个“小太阳”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(qiáng)磁场、强中子辐照等。
聚变工业协会首席执行官安德鲁·霍兰德表示：“现在的问题(wèntí)是，何时才能建成这样一台机器(jīqì)。”
美国能源部核聚变(héjùbiàn)能源科学办公室主任让·保罗·阿兰认为：“我们(wǒmen)需要考虑培育更多核聚变用氚燃料所需的供应链，这需要获得锂资源(zīyuán)储备。全球范围内，锂需求十分旺盛。”
“数字化时代，我们需要尽可能(néng)多的电力，”弗吉尼亚州州长格伦·扬金强调，“谁能赢得(yíngde)这场竞赛，谁就能迅速抓住经济机遇。”
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