中国自主的超导托卡马克EAST
2023年的12月29日，在四川省成都市，召开了一个叫做“核力启航，聚变未来”的可控核聚变未来产业推进会，会上，由中国核工业集团有限公司牵头，与另外24家包括央企、高校、科研院所和民营企业等实体，宣布组成中国的可控核聚变创新联合体，未来，这个联合体将会落实在“中国核聚变能源有限公司”的实体上，此外，国家还专设了一个创新基金，专为核聚变研发提供源源不断的资金支持。你看，有意思的是，为了研发核聚变，这25家实体聚在一起，也在酝酿聚变。中国的可控核聚变创新联合体----什么是联合体？就是以中核集团为首的这25个实体，一起来共同攻克核聚变技术商用化的诸关键技术难题，有高温超导磁体，有聚变反应堆材料，还有高性能储能等等，联合体的目的，也叫基本共识，是可望在2050年前，建成并运行能够发电的DEMO型反应堆，即核聚变示范堆。一说到DEMO型反应堆，就想起电影《流浪地球》里的那1万台要把地球从太阳系推走的巨大的“行星发动机”，它们的原理，其实就是从地表、地壳采集矿石，然后以重核聚变技术，产生巨大的能量，每一台“行星发动机”应该就是一台DEMO型反应堆，《流浪地球》是个科幻故事，背景设计在2075年，其实，按照现在我们的这个可控核聚变创新联合体的中期规划，到2050年，还有26年，如果真的建成并运行了能够发电的核聚变示范堆，那到2075年，我们中国人建造出《流浪地球》里说的那种真正的“行星发动机”，理论上是完全可行的，当然，到那时候，我相信太阳也不会面临爆炸，人类会使用获得的可控核聚变技术实现更好的生活。
其实，在2023年年中，国务院国资委就部署推进未来产业启航行动，而未来产业启航行动有六大方向：一量子信息，二未来能源，三空天科技，四未来智能，五未来健康，六未来材料，而可控核聚变技术已经被明确设立为启航行动未来能源分支里将得到国家支持的惟一方向----不过，这里还有要打一个破折号，因为现在按照中核集团官方口径，“惟一方向”已经改成了“重要方向”。在20世纪科学家们其实就知道，当两个原子融合在一起形成新元素时，聚变就会释放出大量能量，而我们的太阳本质上就是一个巨大的聚变反应堆，其中超热的粒子以巨大的力量聚集在一起，形成新的粒子，并以热量的方式释放出多余的能量。而中国科学家设计的所谓可控核聚变，就是被称为“人造太阳”，即中国自主研制的超导托卡马克装置（EAST），就是希望可以用它有效控制“氢弹爆炸”的过程；因为用于进行核聚变的原材料之一是海水中储量极其丰富的氘，每公升海水中就含有0.03克氘，氘是氢的同位素之一，也叫重氢，只要把0.03克氘放在核聚变反应里，就能产生相当于燃烧300升汽油的能量，现在中国科学家要做的，就是要把这个爆炸过程变得可控，想让它们怎么炸就怎么炸，不想让它们炸那它们就不能炸。据说，一旦使用氘进行可控核聚变的技术真正获得突破，按照中核集团的说法，就是到2050年，全人类这100来亿人口，以现有的生活方式生活，未来100亿年里将能源无忧，就再也不需要其他能源了，人类到那时候接近把太阳的最小行星之一的地球，改造成了另一个小太阳，能源是取之不尽，用之无竭，你有我有全都有。目前，已知的已经布局在可控核聚变技术相关产业链上的中国公司还并不多，不到30家，除了中国核建之外，比如利柏特，它承接的是核电气体分离装置，用于核电制氦，是热核聚变实验堆辅助装备之一；而弘讯科技旗下的控股子公司意大利EEI，在核聚变电源器领域，已经与欧洲核子研究中心（CERN）保持了多年的技术合作；还有合锻智能，作为可控核聚变的关键部件供应商，承接的是真空室构件的成形焊接；还有联创光电参股的联创超导，主要是作为该项目主机装置建设中的高温超导磁体系统和低温制冷系统的供应商；西部超导，是向核聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）实现低温超导线材进行批量供货。此外，应该还有久立特材、沃尔核材、纽威股份、高澜股份、厦门钨业、炬光科技等中国科技创新实体，也都会参与到这个未来的DEMO型反应堆，也就是行星发动机的建设过程中。另外，2023年12月29日的这个产业推进会还对各参与单位的下一步工作提出了三大要求：其一，可控核聚变作为人类能源问题的理想解决方案，已成大国科技竞争的前沿阵地；其二，要牢牢把握培育未来能源产业的关键环节，高起点谋划、高水平培育、高质量发展；其三，加快推动可控核聚变产业实质性进展，要加强组织领导。下面，重点来了，去年的7月21日，国调二期协同发展基金股份有限公司创立大会召开，国调基金二期的第二只平行基金——国调二期协同发展基金，注册资本315亿元，将重点投向关系国家安全、国民经济命脉的重要行业、关键领域和重大专项任务，中国国有企业结构调整基金，即国调基金，是经国务院批准、受国资委委托，由中国诚通牵头发起成立，总规模达到3500亿元人民币，分3期募集。我们前面说了，国家要设立了一个创新基金，专为核聚变研发提供支持，应该就是出自国调基金。在去年3月的全国两会期间，全国政协委员、中核集团核聚变领域首席专家段旭如在接受采访时说过，他说中国核聚变技术研究已从跟跑大步跨越到了并跑，部分技术甚至实现了世界领跑。段旭如先生所说的世界领跑的标志性事件，其实是发生在他的这个采访之后的5个月，即中国的新一代人造太阳，“中国环流三号”，即中国自主研制的超导托卡马克装置（EAST），取得了重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，高约束模式运行也就是可控运行，它标志着中国磁约束核聚变装置运行水平迈入了国际前列，是中国核聚变能开发进程的重要里程碑。而建造起了这个里程碑的功勋单位，是中核集团的西南物理研究院，其前身，是始建于1958年的黑龙江省原子核物理研究所，1963年2月成为二机部东北503所，1965年，又与二机部401所14室及水电部电力科学院热工二室合并成二机部585所，迁到了四川省乐山市，1985年再迁址到成都市，1988年10月，又改名为现在的核工业西南物理研究院。它是中国最早专门从事核聚变能源开发的专业研究院，从1960年代一出世就是干这个的，已经半个多世纪了。
这时候，我必须挑一下大拇指了，这正是毛泽东时代让中国从一个农业国家狂飚急进变成一个工业国家的所谓科技创新的缩影，大家发现没发现另一个规律，从1958年到现在，65年过去了，历经了东北创业，三线建设，改革开放，再到现在，当年种下的种子，到今天才能有所收获，其中甘辛值得好好品味，除了共产党，而且除了毛泽东时代的共产党，还有谁会干这样的事呢？还有谁能干成这样的事呢？有所思也。中核集团的这个西南物理研究院先后承担，并出色地完成了国家“四五”项目“中国环流器一号装置研制”，和“十五”“中国环流器二号A（HL-2A）装置工程”的建设任务，从2006年以后，西南物理研究院还深度参与了国际热核聚变实验堆计划，即ITER关键部件的研制，突破了多项工程技术难题，积累了丰富的核聚变装置的建造、调试、运行和维护经验，为中国吸收国际先进技术，最终建设自己的核聚变堆打下了坚实基础。所以，现在这个可控核聚变创新联合体才会落在成都。而到2023年夏天，中国新一代的人造太阳“中国环流三号”实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，用老百姓的话说，西南物理研究院建院60多年，终于熬出头了，就像段旭如说的，中国追呀追呀，突然一抬头，哎呀，已经世界领跑了。到去年夏天，“中国环流三号”实现了100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，核工业西南物理研究院建院60多年，终于熬出头了，突然一抬头，哎呀，我们已经世界领跑了。
中核集团官微去年11月曾经援引核工业西南物理研究院郑雪博士的话说：预计再经过20多年的时间，也就是到本世纪中叶，聚变能可以实现应用。倘真如此，说句不是大话的大话，刘慈欣在《流浪地球》里写的故事其实根本就不算是科幻，如果在2050年中国实现了可控核聚变的商业应用，那么在2075年建成“行星发动机”，其实还算是晚了一步呢。所以，大家千万不要小看这个在成都低调召开的什么未来产业推进会，它出台的那个必须要现实实现的大计划，其实是比《流浪地球》里的科幻故事实现得更早。当代的中国核科学家们，真是了不得！真是了不起！其实，关于可控核聚变，中国很长时间是处于跟跑阶段，又历经过一段时间的并跑，跑到了领跑，都是相当有戏剧性的。在2022年12月13日，美国能源部宣布，该部的科学家已经能够设计出一种核聚变反应，该反应产生的能量超过了所消耗的能量，就是首次实现了净能量增益。这是数十年来寻找产生清洁和无废料核电方法的里程碑式的成就，美国人也称此为里程碑。
美国的核聚变实验国家点火装置NIF
美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆在声明中说：对于这个国家点火装置 ，即NIF，的研究人员和工作人员来说，这是一项具有里程碑意义的成就，他们的职业生涯致力于实现聚变点火，这一里程碑无疑将激发更多的发现。在这一消息发布之际，拜登政府也通过《降低通货膨胀法》，将为该领域的研究提供大量资金。但是，关于美国的这个核聚变实验NIF，麻省理工学院核科学与工程教授伊恩·哈钦森却说：“这似乎是惯性聚变点火的一个重要科学证实，但我不愿称其为突破，”他说：“国家点火装置项目的目标，不是聚变能源的生产，而是要了解聚变爆炸。微型聚变爆炸中的有用能源生产仍然面临着巨大的工程挑战，我们不知道这些挑战是否最终可以被克服。”其实，美国的NIF，跟美国军队的核武器发展计划关系极为密切，主要目的还是要在小范围内可控地重现核爆炸，从而可以在不需要破坏性全面试验的情况下，去维持美国的未来核武库，美国人还是一脑子的霸权主义思想，还是要到处杀人放火。但是，以NIF技术来经营核聚变发电厂，为人民生活服务，现在仍然还面临着很多障碍，比如，如何在符合经济效益的情况下控制住这种热能，以及如何持续性地发射激光，《纽约时报》的评论就认为，美国的NIF取得的成就意味着未来几十年内才能有望实现通过核聚变发电。但是，现在咱们的可控核聚变创新联合体的计划已经明确，要在2050年前建成并运行能够发电的核聚变示范堆。
现在，世界上最先进的核聚变实验装置只有两个，一个是美国的国家点火装置，NIF，它实际是上是美国军用核技术的延伸项，另一个就是中国的超导托卡马克，EAST。国家点火装置采用了惯性约束核聚变的方法，使用激光束将氢等离子体压缩到极高密度，使其达到聚变所需的条件；而超导托卡马克则采用磁约束核聚变的方法，利用强大的磁场，将等离子体约束在磁场中心，以实现核聚变反应。NIF虽然在惯性约束核聚变领域取得了重大突破，成功实现了惯性约束核聚变点火，然而它的能量消耗较大，需进一步改进；超导托卡马克在磁约束核聚变领域取得了显著推进，成功实现了高温、高密度的等离子体运行，但仍需解决超导磁体的技术难题，以提高装置的效率和稳定性。更重要的是，与NIF的军用性质不同，从2016年中国推出这个“人造太阳”计划，就是旨在建设一座超大型、商业化的民用核聚变发电站，段旭如先生所说的中国已经领跑，其实是肯定了中国在可控核聚变领域对美国已经形成了一定的优势，而现在这个可控核聚变创新联合体的形成，依我的理解，更像是中国在向美国主动发起战略竞争，或者叫军备竞赛的挑战，我们中国现在要国家队上了，25个主体联合，背后还有数千亿元人民币的支持，2050年之前至少就能造出小型的“行星发动机”，请问你美国跟不跟？所以，回过头来咱们再琢磨2023年的12月29日，可控核聚变未来产业推进会对各参与单位的下一步工作提出了三大要求：一，可控核聚变已成大国竞争的前沿阵地；二，作为培育未来能源产业的关键环节，要高起点谋划、高水平培育、高质量发展；三，加快推动产业实质性进展，加强组织领导。很明显，能有资格发出这个号召的，是我党，是党中央。我记得之前某期节目，我说到中国新能源汽车产业这几年的神速进步，尤其是中国新能源技术的进步，它未来的最大方向，就是中国要为人类一劳永逸地解决能源危机，让人类超越化石能源有限性带来的冲突和矛盾，避免更多的饥饿和死亡，其实，即使完全从包括水电、风电、光电等诸分类的新能源的角度看，中国也是很有可能实现这样的目标的，远的不说，说近的，为什么比亚迪汽车能在这么短时间，就实现了对特斯拉的超越？为什么中国的汽车出口能在这么短的时间，就实现了对日本的超越？这种超越的速度，不夸张地说，连科幻作家们都不敢想像，现实已经快于科幻了。现在这个中国的可控核聚变创新联合体已经提出的阶段规划，刚才我们已经类比了，超越了刘慈欣在《流浪地球》里的幻想，而且，你又不得不相信，它一定会实现。就是说，中国现在为了解锁当代人类工业文明在化石能源物理条件下受到的严重制约，已经至少给出了两套方案：一套，就是从新能源汽车，到新能源火车，再到新能源飞机，以使用和转化太阳能技术为主，在这方面，不吹牛地说，美国几乎望不见中国的后背了，叫难望其项背。而另一套，就是可控核聚变技术，如果成了，中国（人类）光靠地球上的海水就能使用100亿年，本来，美国是跟中国并跑的，说实话，现在我们也很难对美国的NIF和中国EAST做出到底谁更先进的准确断定，因为这一切都要受到实践的检验，但是，这时候，一个叫作中国可控核聚变创新联合体的东西噔地冒出来了，关键是美国你跟不跟？你不跟，中国将以巨大的国家力量投入，一定会在短期内就把美国甩下去，那么这个世界的领导权岂不拱手白白送给中国人？如果你跟，这明显就是当年美国给苏联抛出来的另一个星球大战计划嘛，就是要战略竞争、要军备竞赛，也许就是苏联解体一样的大坑在等着美国。
（作者系昆仑策研究院特约研究员；来源：昆仑策网【作者授权】，转编自“司马平邦说”微信公众号，修订发布；图片来自网络，侵删）
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