中國目標在2030年前完成核融合發電

一、中國目標在2030年前完成核聚變(核融合)發電示範

            根據新華社報導，隨著燃燒等離子體實驗超導托卡馬克（BEST）的建設逐漸加速，中國正加速核融合計畫從基礎研究向大規模工程的轉型。該計畫希望在2030年前後展示淨核融合功率的增益與發電能力，這一里程碑常被形容為點亮人類「第一盞核融合動力燈」。核融合能源常被譽為理想的「終極能源」，旨在複製驅動太陽的核融合過程。與先前的融合實驗裝置不同，BEST設計用來展示氘氚等離子體的實際「燃燒」。完工後，該設施預計將首次展示融合發電技術。全球範圍內，包括美國、日本和英國等國家正加速建設融合電廠或示範專案，許多國家目標是在2040年前實現融合發電。中國的融合研究計畫被廣泛認為處於全球努力的最前線，其實驗性先進超導托卡馬克（EAST）多次創下世界紀錄，中國團隊也交付了多項國際熱核實驗反應爐（ITER）的關鍵採購包，對全球融合工程與開發貢獻良多。融合反應爐需要保持氫極高且凝結，以等離子體形式存在，就像在太陽中一樣。中國科學院本月初宣布，EAST已將等離子體密度維持在超過先前限制的穩定狀態。《自然》報導，這可能使未來生產更小型、更便宜的商業融合反應爐成為可能。

            使用中國「人造太陽」融合反應爐的研究人員突破了融合等離子體中長期存在的密度障礙。這項發現消除了阻礙融合點火進展的主要障礙。這項進展可能幫助未來的融合反應爐產生更多電力。與中國全超導實驗性先進超導托卡馬克（EAST）合作的科學家，已成功在融合等離子體實驗中達成長期理論的「無密度狀態」。在此狀態下，即使等離子體密度遠高於傳統極限，仍保持穩定。這些結果於1月1日發表在《科學進展》期刊上，為核融合能源中最頑固的物理障礙之一，最終可能在點火過程中被克服，帶來新的啟示。該研究由華中科技大學朱平教授與中國科學院合肥物理科學研究所的閻寧寧副教授共同領導。透過開發一種新的高密度操作方法，團隊證明等離子體密度可以大幅突破長期的經驗極限，而不會觸發通常導致實驗終結的破壞性不穩定性。這項發現挑戰了數十年來關於托卡馬克等離子體在高密度下行為的假設。

二、人類對核融合應有的認知

(一)人類為什麼要研究核融合？

   因為核融合發電如果成功可提供幾乎無限的清潔能源來滿足世界的需求。核融合每公斤燃料產生的能量是核分裂的四倍，比燃燒石油或煤炭多近四百萬倍。理論上，只需幾克反應物融合就可生成太焦耳的能量，這約是發達國家一個人六十年所需的能量。

(二)核聚變對人類未來至關重要  各國競相發展

   當人類進入太空後只有太陽能及核能可使用，而太陽的能量也是來自於核聚變，但核聚變的控制技術很難是全世界能源發展的前沿方向。所謂人造太陽就是以超導磁場約束離子，通過能波加熱，讓等離子氣體達到上億度的高溫，發生核聚變的裝置。托卡馬克裝置是一種核聚變反應器，是1950年代蘇聯科學家發明，其裝置是一個環狀甜甜圈，在其中極高溫的電漿被磁場約束和加壓，以進行核融合反應。國際核聚變實驗堆（ITER）計劃於2006年誕生，由中國、美國、歐盟、俄羅斯、日本、韓國和印度七方參與，但進度緩慢。中國的東方超環EAST 是中國自主設計建造的核聚變實驗裝，其主機高11米、直徑8米、重達400噸。率先實現一億度的超高溫，很早就實現了101.2秒穩態長脈衝高約束等離子體運行，在核聚變實驗中一直保持著領先。另外，中國正在爭取到2030年代啟用具備發電能力的實驗反應爐「CFETR」，比國際熱核融合實驗堆的規模更大。世界上規模最大的核聚變反應堆歐洲聯合環狀反應堆（JET）中產生了能量輸出為59兆焦耳的穩定等離子體。”

(三)核融合原理

   核融合反應是模仿太陽產生能量的過程，將較輕的原子核結合成較重的原子核，此過程會釋放出巨大能量。理論上，幾克反應物就可產生一兆焦耳的能量，而這約為已開發國家一個人在60年內所需的能量。此外，核融合反應不會排放二氧化碳和核廢料。要發生核融合反應，必須將燃料加熱到攝氏1億度以上，形成原子核質子和電子自由移動的「等離子」狀態。控制具有高能量且不穩定的等離子體的技術，包括利用強力磁鐵封閉等離子體的托卡馬克型和用雷射照射並封閉的雷射型等，多種方式的開發正在推進。中國工程物理研究院的彭先覺院士表示核聚變點火有兩種，一種是激光點火，利用高頻脈衝的極光輸出來點燃核聚變燃料小球，但這需要性能極高的儲能設施比如高性能電容與激光來驅動，對目前來說技術難度太高。另一種是磁約束等離子體核聚變，這種是利用磁場約束極端高溫的氘氚等離子體來讓其中的氘核和氚核聚變，不僅需要不斷對等離子體提供加熱，還需要長時間約束它。彭院士表示一種包含聚變和裂變反應堆結構的混合堆可以相對降低這個難度，Z-FFR聚變堆的中心聚變需求功率比較低，易於實現，用聚變為裂變提供中子增值，聚變只佔整個反應堆能量的5%，裂變佔95%，這個混合堆可以使用核廢料作為原料，將會率先實現聚變應用！Z-FFR其實是兩種技術的混合，Z-箍縮技術和裂變增殖堆，Z-箍縮其實是一種慣性約束結束，只不過點火方式改成了脈衝電流產生的強磁場。太陽之所以有源源不絕的能量，就在於其內部一直在進行大量的核融合。核融合是兩個輕量元素的原子核聚合在一起，同時釋放巨大能量的核反應。

三、可控核融合進入產業化前夕

             根據新華社報導，核融合商業化已不再是幻想，而是進入產業化前夕。這場重塑未來能源格局的全球競賽，正從實驗室快步走向工程現場。要實現可控核融合商業化，需要跨越從科學可行到工程可行，再到商業可行的歷程。商業化面前，仍有材料、工程與生態“三座大山”核融合商業化的攻堅之路，注定是一場耐力、實力與戰略定力的綜合較量。核融合工業協會發布的《2025年全球聚變產業》報告顯示，過去五年，全球聚變產業呈現爆發式成長，總投資額從2021年的19億美元飆升至97億美元。隨著緊湊型聚變能實驗裝置(BEST)穩步推進，高溫超導材料邁向規模化量產，AI開始賦能等離子體控制，中國核聚變產業化，正建構起「技術突破—產業升級—資本重構」的完整敘事。「聚變能技術正從科學研究向工程實踐和商業應用的目標加速邁進。」目前，實現可控核融合主要有三種技術路線：磁約束核融合、慣性約束核融合和磁慣性約束核融合。2025年10月，合肥未來大科學城BEST裝置400噸重、18米直徑的杜瓦底座成功落位安裝，計劃2027年底建成，力爭在2030年實現全球首次聚變能發電演示，較國際熱核聚變實驗堆(ITER)的規劃提前超收十年。根據國際原子能總署(IAEA)發布的《世界聚變能源展望2025》，全球近40個國家正推進聚變計劃，處於運作、興建或規劃中的聚變裝置超過160座。這既是科學競賽，更是未來能源主導權的戰略博弈。在中國，磁約束研究已從跟跑轉向並跑，甚至部分領先。全超導託卡馬克「東方超環」(EAST)創造了1億攝氏度1066秒穩態長脈衝高約束模等離子體運行的世界紀錄。中國「人造太陽」包含超過200項自主創新的核心技術，這些裝置，正加速從實驗工具轉型為產業樞紐。 BEST裝置和「夸父」工程設施的突破，更是直接為未來商用堆的關鍵系統研發提供工程驗證。

            在中國，民營資本正成為技術多元化的重要推手。新奧集團的「玄龍-50U」球形環氫硼聚變裝置在首次實現兆安級氫硼等離子體放電;能量奇點研發的「經天磁體」實現21.7特斯拉的峰值磁場強度;星環聚能正透過重複重聯和高溫超導技術，推動裝置小型化和快速迭代。可控核融合產業正從實驗驗證階段邁向商業示範堆邁進，預計21世紀中葉實現示範發電。磁約束因可持續運作能力強、成熟度高，被視為最可能率先實現商用的方式。2025年，「核融合能」被納入「十五五」規劃，未來將成為新的經濟成長點。2025年7月，中核集團主導組成註冊資本150億元的中國聚變能源有限公司，主攻大科學實驗與材料研製，扛起聚變商業化「鍊長」重任。公司總經理張立波給予明確的中國時程：2027年開啟聚變能燃燒實驗，2030年左右具備工程實驗堆研發設計能力，2035年左右建成中國首個工程實驗堆，到2045年左右能建成中國首個商用示範堆。民營力量同步在多元技術路線上探索，打造差異化競爭優勢。中國正在建構「政—產—學—研—金」協同的創新聯合體。在此策略架構下，安徽省已率先成立聚變產業聯合會，匯集200餘家企業、大學與研究機構，建構產學研用協作平台，致力於優化全產業鏈佈局、集聚創新要素，推動打造集原始創新、工程開發、產業應用與金融賦能於一體的聚變能源產業群聚。處於核融合能源產業化的前夕，最大的確定性在於，這場重塑人類能源基石的突破已不可逆轉。中國能否以獨特製度優勢與產業韌性率先衝線，不僅關乎國家能源安全，更將深刻影響未來全球科技與產業格局。