可控核聚变离我们还有多远？新一代人造太阳总设计师解答

中国聚变挺进燃烧实验！近日，位于四川成都的新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度，综合参数聚变三乘积大幅跃升，这是中国可控核聚变向工程化应用迈出的重要一步。那么，燃烧实验后的下一步是什么？距离实现可控核聚变还有多远？对此，“中国环流三号”总设计师钟武律在社交平台上撰文释疑。

钟武律表示，“双亿度”节点标志着我国在聚变能研发的道路上成功跨越了一道关键门槛——我国聚变装备具备了聚变燃烧相关的高参数运行能力。

核聚变之所以能够实现，本质上就是要让原本独立的原子核克服重重阻碍合为一体；而想要利用可控核聚变提供源源不断的能源，就需要让它们不断地发生碰撞，这一过程需要满足极为苛刻的条件。衡量核聚变装置及核聚变研究的水平，主要看三个参数：原子核温度（也就是燃料的离子温度）、等离子体密度和能量约束时间，这三项参数的乘积达到一定数值就可以实现核聚变反应，也即著名的“聚变三乘积”。

钟武律解释称，“聚变三乘积”里有两个参数的提高与等离子体电流直接相关，一个是等离子体的密度，一个是能量约束时间。“我们从大量的实验中得到一个规律，就是它会正比于等离子体电流，所以上一次我们实现百万安培等离子体电流放电，就意味着密度和能量约束时间都可以提高很多。第三个参数就是原子核的温度，也和电流有关系，但核心还依赖于我们的加热系统。而这一轮实验我们加热系统的能力、整个装置的运行控制水平有了大幅提升，可以有效地把原子核温度进一步提升，就意味着‘聚变三乘积’可以提升很多。”

他强调，实现核聚变是一场漫长的科技马拉松，需要持续攻关。尤其是原子核和电子温度都要突破1亿度以上，其中的挑战很大。中核集团核工业西南物理研究院自主研发了高功率的中心束加热系统，以及高功率的微波回旋管。“过去这些都是依赖于国外，目前我们完全可以自主设计、建造、调试，实现了国产化。等离子体的温度高了以后，会‘不老实’，存在不稳定性，我们突破了运行控制难点，有效控制住了等离子体。”为了准确测量温度，该团队自主研发的三光栅精密光谱仪，测量原子核温度的精确度优于国际同行两倍。

中国环流三号

到底什么是燃烧实验？燃烧实验将在什么时间进行？

钟武律进一步解释道，要实现核聚变，原子核的温度要超过1亿度。达到这个温度后加入燃料，如果加入燃料，就可以发生大规模聚变反应，这次实验的成果就意味着具备开展燃烧实验的基本条件了，这个门槛已经迈过去了。美国、欧盟的两个托卡马克装置曾经实现燃烧实验，但均已退役，目前在运行的装置里面，还没有开展燃烧实验的。“燃烧实验这个时间点，我们希望能够通过两三年的时间，全面升级整个装置，然后再实现堆芯级参数的运行。”

他表示，可控核聚变要实现商用，要走过大约6个阶段，从全球的聚变能研发进程来看，基本实现了征途过半。

第一阶段是原理的探索，把原理走通；第二阶段就是要开展规模实验，要得到大量的数据，获得一些规律；第三阶段就是要开展燃烧实验，实现聚变反应、获得聚变功率；第四阶段，就要建造实验堆；第五阶段，示范堆；最后就是商用堆。

目前，从全球来看正处于燃烧实验到实验堆过渡的阶段。对于中国来说，首先得开展燃烧实验、获得聚变功率，下一步要建造聚变堆，开展相关工程技术的验证，来支撑在本世纪中叶实现聚变的商用。

“我们目前实验装置也才发挥40%左右的能力，下一步，我们对整个装置进行全面升级以后，将会达到我们的设计目标，聚变实验，优化运行方案，探索如何更加有效地提高‘聚变三乘积’，同时可以研究比如说阿尔法粒子的一些行为等前沿物理问题。然后，我们就要把聚变功率放大，让聚变功率的输出大于输入的功率，这是未来我们商用要实现的一个目标。”钟武律展望称。