向“人造太阳”要能源：我国BEST核聚变装置主机开建，2030年有望点亮“聚变第一灯”

向“人造太阳”要能源：我国BEST核聚变装置主机开建，2030年有望点亮“聚变第一灯”

当国庆的礼炮声在神州大地回荡时，在安徽合肥的科学岛，另一项“大国重器”工程也迎来了历史性时刻——10月1日，我国自主研发的核聚变实验装置BEST（Breakthrough Experimental Solar Tokamak）主机全面开工建设。这座总占地面积达200亩、总投资超百亿元的装置，将成为国际首个验证核聚变发电可行性的大型实验平台，目标直指2030年“用核聚变点亮第一盏灯”的宏伟愿景。这不仅是中国核聚变研究从“跟跑”向“领跑”跨越的标志性事件，更承载着人类解决能源危机、实现碳中和目标的共同期待。

一、十年磨一剑：BEST装置的“破局之路”

核聚变被视为人类未来的“终极能源”——它以氢的同位素氘、氚为燃料，通过原子核融合释放能量，具有原料丰富（每升海水中的氘可提供相当于300升汽油的能量）、无碳排放、无核废料污染等优势。但实现可控核聚变的难度堪比“在地球上造个太阳”，需要在超高温度（1亿摄氏度以上）、超强磁场环境下，让等离子体稳定“悬浮”并发生聚变反应。

“BEST装置的核心是一套‘超导托卡马克’装置，通俗来说，就是用强磁场把高温等离子体‘兜住’，让它们在真空室里持续发生聚变。”中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）所长宋云涛介绍，该装置的真空室直径达16米，高18米，能容纳体积相当于3个标准游泳池的等离子体，其磁场强度达到13特斯拉（约为地球磁场的26万倍），可将等离子体约束时间延长至千秒级——这是实现核聚变持续发电的关键指标。

事实上，中国核聚变研究已历经数十年积累：从1984年我国第一台托卡马克装置HL-1建成，到2006年EAST（全超导托卡马克装置）首次放电，再到如今BEST装置的开工，科研团队在等离子体物理、超导材料、精密控制等领域突破了一系列“卡脖子”技术。例如，装置所需的超导磁体导体，是由我国自主研发的Nb3Sn超导线材制成，其载流能力比国际同类产品提升30%，可承受核聚变装置运行时的超强电磁力。

二、技术突破：瞄准“发电验证”的三大核心挑战

BEST装置的最终目标是“验证核聚变发电的可行性”，这意味着它必须突破三大核心技术关卡：

第一关是“高约束模式下的长脉冲运行”。此前，国际上的核聚变装置大多只能实现短时间（百秒级）的等离子体约束，而BEST装置将通过“先进偏滤器”“壁处理技术”等创新设计，把等离子体稳定运行时间延长至千秒级，同时将能量约束性能提升到“高约束模式”（H-mode）——这种模式下，等离子体的能量密度更高，更接近发电所需的条件。

“我们在EAST装置上已经验证了千秒级等离子体运行的可行性，现在要把这一成果放大到更大规模的装置上。”宋云涛透露，BEST装置的等离子体电流将达到15兆安培，是EAST装置的3倍，这对装置的结构强度、冷却系统提出了极高要求。

第二关是“氚自持与氚安全”。氚是核聚变的关键燃料之一，但自然界中氚的含量极低，必须通过核聚变反应本身“自产自销”——即利用聚变产生的中子与锂材料反应生成氚。BEST装置将首次在国际上尝试“氚自持实验”，通过在装置内部设置锂铅包层，模拟未来核聚变反应堆的氚生产过程。

“这就像在装置里建一个‘氚工厂’，既要保证氚的产量能维持聚变反应，又要确保氚不会泄漏到环境中。”ASIPP研究员吴斌介绍，团队研发了专用的氚监测系统，其灵敏度可达到“在一亿个氢原子中找到一个氚原子”，同时设计了多重密封结构，将氚泄漏风险降低到国际标准的千分之一以下。

第三关是“聚变能向电能的转化”。BEST装置将首次尝试“聚变-发电一体化验证”，在装置内部集成小型化的热能交换系统和发电模块。“我们的目标是让装置产生的聚变能，首先满足自身运行所需的电能，多余的电能则向外输出——这就是‘聚变发电’的雏形。”宋云涛表示，虽然初期输出的电能可能仅够点亮几盏灯，但这一验证将为未来商业聚变堆的设计提供关键数据。

三、国际合作：打造核聚变“人类命运共同体”

尽管BEST装置是中国自主研发的“国之重器”，但它的建设和研究始终秉持开放合作的理念。目前，ASIPP已与美国普林斯顿等离子体物理实验室、欧洲联合环（JET）、韩国KSTAR等国际顶尖核聚变研究机构建立了深度合作关系。

“核聚变研究需要全人类的共同努力，没有哪个国家能独自解决所有技术难题。”宋云涛举例道，BEST装置的某些诊断设备由欧洲团队参与研制，而装置的数值模拟软件则融合了中美科学家的算法成果。此外，装置建成后，将向全球科学家开放实验机会，每年安排不少于30%的运行时间用于国际合作项目。

这种开放姿态也体现在人才培养上。ASIPP目前有超过200名来自世界各地的科研人员，其中包括30余名外籍科学家。“我们的实验室里，中国、美国、欧洲、日本的科学家常常围在一起讨论实验数据，这种国际化氛围对突破技术瓶颈至关重要。”吴斌说。

值得一提的是，BEST装置的建设也带动了国内相关产业的升级。例如，装置所需的超厚特种钢板由鞍钢集团定制生产，其焊接工艺达到国际领先水平；超导磁体的制造则拉动了我国高端超导材料产业的发展，目前国内Nb3Sn超导线材的产能已能满足大型科学装置的需求。

四、未来展望：从“实验堆”到“商业堆”的能源革命

按照规划，BEST装置将在2028年完成主机安装，2029年首次放电，2030年尝试实现“聚变发电”验证——这意味着，到下一个国庆日前后，人类或许将首次用上来自核聚变的电能。而在更长远的未来，科研团队计划在2040年前后建成“聚变工程实验堆（CFETR）”，2050年实现商业聚变堆的示范运行。

“如果这一目标能够实现，将彻底改变人类的能源格局。”宋云涛测算，一座百万千瓦级的聚变电站，每年仅需消耗约20吨氘氚燃料，相当于消耗300万吨标准煤，但几乎不产生碳排放和核废料。这对于中国实现“双碳”目标、保障能源安全具有不可估量的意义。

站在科学岛的建设工地上，看着巨型吊车将第一块钢结构模块吊装到位，ASIPP的年轻科学家们眼中充满憧憬。“我们这代人有幸参与到人类最伟大的科学工程之一，想到未来某天，千家万户的灯光都来自核聚变能量，就觉得所有的付出都值得。”一位参与装置设计的博士生感慨道。

从EAST装置创造的“一亿度运行1056秒”世界纪录，到如今BEST装置向“聚变发电”发起冲击，中国核聚变研究正以“十年一步”的稳健步伐，向着“人造太阳”的终极梦想迈进。当2030年的第一盏“聚变灯”亮起时，那束光不仅将照亮能源革命的未来，更将成为中国科技自立自强、人类携手应对全球挑战的最好见证。