【文/杰玛·康罗伊，翻译/陈佳芮，校对/郭涵】

今年二月一个寒冷的清晨，位于合肥的中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）被白雪覆盖的院子异常安静。春节即将来临，城里的大多数人都忙着准备庆祝龙年。然而，研究所里的科研人员依旧埋头苦干。在一间巨大的、天花板上点缀着星形红色霓虹的控制室里，等离子体物理学家龚先祖正在驯服一头与众不同的“火龙”。

这头“火龙”是一个核聚变反应试验装置，即全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。这个托卡马克装置形似一个甜甜圈，能够产生与驱动恒星能量相同的核反应。它们利用磁场将等离子体（一种含有离子和电子的流体状物质）的加热环路限制在比太阳核心温度更高的环境中，迫使原子产生核聚变并释放能量。若能将炽热、不稳定的等离子体维持在足够稳定且可控的状态、持续足够长的时间，便几乎可以产生无限量的清洁能源，这是一项尚待实现的壮举。

中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）视频截图

驾驭不稳定的等离子体是一份艰苦卓绝的工作。每天从清晨到午夜时分，龚先祖和同事们要加热等离子体约100次。相比之下，位于英国库勒姆（Culham）的欧洲联合环状反应堆（JET）在去年关闭前曾是世界上最大的核聚变研究设施，那里每日仅能完成20到30次加热。作为全超导核聚变实验装置物理实验总负责人，龚先祖表示：“我们几乎没有周末，也没有假期。”

尽管全超导托卡马克核聚变实验装置只是通往引发广泛期待的核聚变发电站的一块跳板，但这样的设施却让中国在全球核聚变研究的竞赛中崭露头角。

全世界最知名的核聚变实验装置是耗资220亿美元建造的国际热核聚变实验堆（ITER），这个位于法国南部的庞大托卡马克装置正在建设中，中国也参与了该项目。近年来，美国与其他地方的雄心勃勃的企业已筹集数十亿美元建造自己的反应堆，他们声称将在政府主导项目之前展示出实用的核聚变能力。

与此同时，中国正迅速向核聚变研究领域投入大量资源。中国政府的“十四五”规划将关键核聚变项目的综合研究设施列为国家科技基础设施发展的重大优先事项。

美国能源部旗下核聚变能源科学办公室副主任让·保罗·阿兰（Jean Paul Allain）称，粗略估计，中国现在每年在核聚变研究上的投入可能高达15亿美元，几乎是美国政府本财年对该研究拨款的两倍。他还说：“比总价值更重要的是他们实现这一目标的速度有多么快。”

麻省理工学院（MIT）的核科学家丹尼斯·怀特（Dennis Whyte）表示：“在核聚变研究领域，中国已从25年前的无名之辈发展为拥有世界级水平的国家。”

尽管还无人能预见核聚变发电站是否具有可行性，但中国科学家已制定了雄心勃勃的时间表。到本世纪30年代，即国际热核聚变实验堆启动主要实验之前，中国计划建成中国聚变工程实验堆（CFETR），目标是产出一吉瓦的聚变能量。根据2022年制定的发展路线图，若该计划顺利实施，人类有望在未来几十年内迎来第一座核聚变发电站的诞生（J. Zheng et al. The Innovation 3, 100269; 2022）。

英国帝国理工学院等离子体物理学家亚斯明·安德鲁（Yasmin Andrew）表示：“中国正在战略性地投资与发展核聚变能源计划，以期在全球范围内保持长期领先地位。”

建造人造太阳

自20世纪50年代以来，科学家们一直在尝试让核聚变反应堆能够运作。其基本原理是将两个带正电荷、相互排斥的氢原子核合并成一个更大的氦原子核。在太阳内部，引力产生的巨大压力足以实现这一过程；而在地球上则需要高温和强磁场的辅助。然而迄今为止，研究人员依然无法令核聚变反应维持足够长的时间，以产生相比引发核聚变反应所需更多的能量。

2022年底，位于美国加州利弗莫尔的美国国家点火装置（NIF）研究人员宣布取得了突破性进展，他们在短时间内回收了相比投入的燃料更多的聚变能量。美国国家点火装置使用托卡马克装置的替代设计，向氢同位素氘和氚的微小颗粒发射192束激光，引发了它们的聚变反应。然而，用于操作激光的能量远超过向目标输送的能量。

许多研究人员认为，实现核聚变能最可行的方法是利用托卡马克装置来约束一个持久的“燃烧等离子体”，其中，聚变反应产生的热量足以维持其燃烧。国际热核聚变实验堆的目标之一，也是建设核聚变发电站的一般先决条件便是创造一种燃烧等离子体，其产生的能量是输送给等离子体的十倍。

若科学家能够实现这一目标，核聚变技术将提供一种比传统裂变核电站更安全、更清洁的替代方案。裂变核电站分裂重铀原子核所产生的放射性废料，其危害性可能持续数千年。而聚变反应堆产生的废料则寿命较短。其另一大安全特点在于，如果等离子体降至一定温度或密度以下，聚变反应就会自行停止。此外，预计核聚变过程将比核裂变更高效；国际原子能机构指出，每千克燃料产生的聚变能是裂变能的四倍。

中核集团中核工程牵头的中法联合体是目前国际热核聚变实验堆（ITER）项目主机安装的唯一承包商。“中核集团”微信公众号

对中国而言，这是一个极其诱人的前景。在2020年至2022年期间，中国部分地区因寒冬时节电力需求的激增而出现大规模停电。尽管可再生能源领域发展迅速，但中国仍有一半以上的电力来自煤炭，且仍是全球碳排放的最大来源国。中国计划在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，但其能源需求将在未来三十年内翻一番。等离子体物理学家、中科院等离子体物理研究所所长宋云涛表示：“我们需要推动创新、减少碳排放，这是我们的梦想。核聚变能源可以实现这一点。”