2026年第七八期亿度千秒的奇迹

2026-08-31

2025年1月20日，中国科学院合肥物质科学研究院的控制大厅内爆发出一阵欢呼。一台被称为“人造太阳”的装置，在实验中实现了1亿摄氏度1066秒长脉冲高约束模式等离子体运行，再一次刷新了托卡马克装置的世界纪录。

全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）发现（图片来源：中国科学院合肥大科学中心）

这台装置就是“全超导托卡马克核聚变实验装置”（EAST），同时它还拥有一个更响亮的名字——东方超环。

人造太阳并非简单的“复制粘贴”

太阳能够持续发光发热几十亿年，靠的是氢原子核在极端高温高压条件下发生聚变，并释放出大量能量。1952年，世界上第一颗氢弹爆炸，使人类意识到了核聚变产生的巨大能量。然而，氢弹爆炸产生的能量不可控且不稳定。对此，科学家设想，如果能在地球上创造类似的条件，模拟太阳的核聚变反应，让轻原子核（氘和氚）发生核聚变，并用可控的方式把反应产生的巨大能量引导出来，那么是不是有望让人类实现能源自由？

核聚变示意图（图片来源：国际原子能机构）

或许有人会问，现在的电网已经很稳定了，风电、光伏发电、核电等绿色能源也都在蓬勃发展，为什么还要继续“造太阳”？这主要涉及以下两个方面的原因：

首先，能源需求量巨大，并且在持续增长。工业化、城市化、数字经济、人工智能的背后，是对能源的大量需求。随着社会和科技的快速发展，如果只是依靠化石能源和现有的可再生资源，既难以满足需求，又可能会对环保和资源安全造成威胁。

其次，核聚变尤其是氘氚核聚变，具有显著的潜在优势：一是原材料广泛，核聚变所需的氘可以从海水中提取，从1升海水中提取的氘，通过聚变反应可以释放约300升汽油完全燃烧释放的能量；而氚虽然半衰期很短，自然界含量低，但是可以人工用中子轰击锂-6来制备。二是核聚变的能量密度极高，同等质量的燃料，通过核聚变释放的能量比核裂变要多得多。此外，氘氚聚变的反应产物主要是氦和中子，没有长寿命高放射性废物，而且一旦控制系统失效，反应条件会迅速破坏，聚变反应也就无法继续进行，不会像核裂变那样存在大规模失控链式反应的风险。

聚变三乘积

太阳的核心温度约为1500万摄氏度，不过太阳有巨大的引力，压力约为地球大气压的2500亿倍，可以自然地诱发核聚变。但地球上不存在如此大的引力，要想成功点燃人造太阳，必须同时满足三个条件（也被称为“聚变三乘积”）。

一是足够高的温度。

氘、氚原子核都带正电，由于库仑力的作用会互相排斥。要想克服库仑力并发生聚变，原子核必须具有足够的动能，也就是需要达到极高的温度。一般来说，氘氚聚变要达到上亿摄氏度的量级，原子核达到足够高的温度，才有足够的速度进行核反应。

二是足够高的密度。

只有高温度还不够，还得让单位体积内有足够多的原子核，以确保有足够的粒子参与反应，增加聚变反应的概率。

三是足够长的约束时间。

必须用某种方法把高温、高密度的等离子体限制在一个有限的空间里，并且在足够长的时间内维持其状态，才能使聚变产生的能量大于启动反应所投入的能量。

以上三个条件的乘积是衡量核聚变反应是否达到“点火”状态的关键指标。理论上，只要这个乘积超过某个临界值，核聚变反应就能够自行维持，释放的能量大于消耗的能量，实现成功“点火”。

地球上如何包裹上亿摄氏度的高温

那么问题来了，上亿摄氏度，比太阳的核心温度还要高几倍，地球上没有任何物质材料可以直接接触如此的高温，否则就会被瞬间熔穿气化。因此，如何包裹上亿摄氏度的高温成为科学界必须解决的问题。

目前主流的路径之一，是使用磁场约束。当温度足够高时，原子核和电子分离，形成等离子体状态。根据电磁理论，带电粒子会沿着封闭的磁力线做螺旋式运动，相当于被约束在了磁笼中。只要磁场足够强并且设计合理，等离子体就会“悬浮”在真空容器中央，而不会直接碰到容器壁，再辅以高强耐热材料，就巧妙地解决了上述问题。

托卡马克就是一种典型的磁约束装置。而东方超环正是一种采用超导磁体来产生强大磁场的托卡马克装置，因此被称作“全超导托卡马克”。

从“几秒”“几十秒”到“亿度千秒”

东方超环取得如此成绩并非一朝一夕之功，其背后是长期的升级与技术攻关。它曾多次刷新世界纪录：

2021年5月，东方超环实现1.2亿摄氏度 101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。

2021年12月，实现1056秒高参数等离子体运行。

2023年4月，实现403秒高约束模式等离子体运行。

2025年1月，实现“1亿摄氏度1066秒稳态长脉冲高约束模式等离子体运行”，这可以被视作一个里程碑事件，标志着人类首次在实验装置上模拟出未来聚变堆运行所需的条件，对未来聚变堆的建设和运行具有重大的意义。

此次“亿度千秒”之所以备受瞩目，是因为只有足够长时间的高温运行，才能真正检验材料、磁体和控制系统在极端条件下的稳定性，也是验证装置能否长期、稳定地像电厂一样持续输出能量的关键前提。

距离聚变发电还有多远

看到东方超环实现了“亿度千秒”的壮举，国人难免心生激动。既然已经能够让人造太阳稳定燃烧这么久，我们是不是很快就能用上无限廉价的聚变电了？

可能暂时要让大家失望了。目前，东方超环的研制成功，更多的是在科学原理验证和长脉冲运行上的突破。如果要用商业发电的标准来衡量，东方超环还处于一个非常早期的阶段。至于什么时候能用上聚变电能，还需要了解一个核心概念 ——能量增益因子（Q值）。

简单来说，Q值就是反应产生的能量与维持反应所需输入能量的比值。只有当Q＞1时，聚变输出的能量才能大于输入能量。

当前，已经有核聚变装置的Q值实现了大于1的科学突破。然而，这并不意味着商用核聚变指日可待，原因是Q值只是计算了真正进入等离子体内部的能量，而实际上，要先用极其耗电的设备（如巨大的激光器、超导磁体冷却系统、加热器）才能把能量输进去，如果算上这些外围设备的能量消耗，目前聚变实验装置的总体工程Q值其实远小于1，离向外输送净能量还有很长的路要走。

正在建设的国际热核聚变实验堆（ITER），其目标是实现Q≥10，即输入50兆瓦功率，至少输出500兆瓦聚变功率。ITER如果成功，将证明核聚变不仅是科学实验，更是可以大规模工业化的能源技术。只有当我们真正跨越了总输出能量大于总消耗能量的工程鸿沟，核聚变才能从一场昂贵的科学实验变成一场改变世界的能源革命。

试想一下，在未来的某一天，当我们在街头仰望万家灯火时，如果其中一部分电能真的来自人造太阳，那将是人类探索能源道路上的高光时刻。

在人造太阳的研究过程中，人类一次又一次地突破极限，每一次突破都是在为未来的那座核聚变发电厂打下更加坚实的地基。当下我们或许还不能精确地说出这个高光时刻究竟会在哪一年到来，但可以肯定的是，从氘氚原子核的第一次聚变到亿度千秒的稳态运行，从实验场的火花到未来电网中的电流，人类正在地球上一步步种下另一颗“太阳”，这注定是一场漫长而艰难的马拉松，但终点线已经不再模糊。