可控核聚變裝置因其能模擬太陽(yáng)的能量產(chǎn)生機(jī)制，被形象地稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”。這種技術(shù)若能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，將徹底改變?nèi)祟?lèi)能源結(jié)構(gòu)，提供近乎無(wú)限的清潔能源。然而，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，人類(lèi)仍需突破哪些關(guān)鍵技術(shù)瓶頸？中國(guó)工程院院士雷增光近日在上海科技館的專(zhuān)題演講中，系統(tǒng)梳理了全球核聚變研發(fā)的最新進(jìn)展。

雷增光指出，核聚變反應(yīng)堆的核心挑戰(zhàn)在于如何持續(xù)穩(wěn)定地維持超高溫等離子體。在“人造太陽(yáng)”內(nèi)部，離子碰撞產(chǎn)生的溫度將超過(guò)1億攝氏度，遠(yuǎn)超現(xiàn)有任何材料的耐熱極限。為此，科學(xué)家采用磁約束技術(shù)，通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)將高溫等離子體懸浮在真空容器中，避免其與容器壁直接接觸。這種設(shè)計(jì)既需要超高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，又要求磁場(chǎng)分布極度均勻，對(duì)材料科學(xué)和工程技術(shù)提出極高要求。

當(dāng)前，全球核聚變研究呈現(xiàn)多國(guó)協(xié)作與自主創(chuàng)新并行的格局。由35個(gè)國(guó)家參與的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）項(xiàng)目，正在法國(guó)建設(shè)全球最大規(guī)模的托卡馬克裝置，其目標(biāo)是在2035年實(shí)現(xiàn)首次等離子體放電。中國(guó)作為重要成員國(guó)，不僅承擔(dān)了關(guān)鍵部件制造任務(wù)，還同步推進(jìn)自主研發(fā)。東方超環(huán)（EAST）裝置已創(chuàng)造1056秒長(zhǎng)脈沖高約束模式運(yùn)行紀(jì)錄，環(huán)流器三號(hào)（HL-3）則專(zhuān)注于高參數(shù)等離子體物理研究，兩者為國(guó)際聚變能開(kāi)發(fā)提供了重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

盡管取得顯著進(jìn)展，雷增光坦言核聚變商業(yè)化仍面臨多重挑戰(zhàn)。除了持續(xù)維持高溫等離子體的技術(shù)難題，還需解決氚自持循環(huán)、材料輻照損傷、遠(yuǎn)程維護(hù)等系統(tǒng)工程問(wèn)題。他特別強(qiáng)調(diào)，聚變堆從實(shí)驗(yàn)裝置到示范電站的跨越，需要突破從科學(xué)可行性到工程可行性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)化。目前，中國(guó)已啟動(dòng)中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR）設(shè)計(jì)工作，計(jì)劃在2050年前后建成示范電站，為最終實(shí)現(xiàn)聚變能發(fā)電奠定基礎(chǔ)。