人類距離實現(xiàn)可控核聚變的實際應用還有多遠？關于這個問題，一直存在一種戲稱：核聚變是一項距離成功“永遠還有50年”的技術。這種說法一方面折射了核聚變科研和工程技術的難度，另一方面，也與早期人們對核聚變的研究不夠深入有關：隨著研究逐步推進就會發(fā)現(xiàn)，有很多過去沒想到的技術挑戰(zhàn)又凸顯出來，攻克這些未知的挑戰(zhàn)又需要時間。

從目前的技術攻關進展來看，實現(xiàn)核聚變應用并非遙遙無期。全國政協(xié)委員、中核集團核聚變堆技術領域首席專家、國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃科技咨詢委員會副主席段旭如接受澎湃新聞采訪時表示，若依托現(xiàn)有核科技工業(yè)體系的基礎，凝聚核工程領域具有專業(yè)經(jīng)驗和技術基礎的相關研究單位和企業(yè)，逐步搭建聚變能的技術開發(fā)體系和工業(yè)體系，集中力量開展核聚變工程和技術攻關，再經(jīng)過三十年左右的時間，也就是到2050年左右，人類可以使用上核聚變能源。

段旭如介紹說，我國受控核聚變研究早在二十世紀五十年代就開始了，幾乎與國際上受控核聚變研究同步。自2006年參加ITER計劃以來，中國承擔了ITER裝置重要關鍵部件的制造任務。立足國內研究、充分利用ITER項目搭建的國際合作平臺，中國的聚變研究得到了快速發(fā)展，磁約束核聚變研究從過去的跟跑步入了并跑階段，部分技術達到國際領先水平。

“對中國而言，參加ITER計劃是我國磁約束核聚變能研發(fā)計劃中的關鍵一步，將積累聚變堆建造、運行相關經(jīng)驗。我國自主建造未來聚變堆仍面臨部分關鍵科學與技術挑戰(zhàn)，需提前布局，一一攻克?！倍涡袢鐚ε炫刃侣劮Q，位于成都的我國新一代“人造太陽”裝置——中國環(huán)流器二號M裝置（HL-2M）預計今年年底開始更高參數(shù)的實驗運行。該裝置為我國深度參與ITER計劃及未來自主設計、建造和運行聚變堆提供重要支撐。

以下為澎湃新聞與全國政協(xié)委員、中核集團核聚變堆技術領域首席專家段旭如的對話實錄：

澎湃新聞：中國環(huán)流器二號M裝置于2020年12月投運，目前取得了哪些研究進展？該裝置將為我國自主建設核聚變堆提供哪些技術支撐？

段旭如：HL-2M裝置于2020年12月建成并實現(xiàn)首次放電，表明我國掌握和擁有了大型托卡馬克裝置的設計、建造、運行經(jīng)驗和技術，具備了開展堆芯級等離子體物理實驗的硬件平臺，為我國核聚變研究的發(fā)展提供更廣闊的空間。

未來聚變堆等離子體運行參數(shù)高，代表聚變裝置及聚變研究水平的聚變三乘積（燃料離子溫度、密度、能量約束時間三個參數(shù)乘積）必須超過10^21m^-3﹒keV﹒s。提升等離子體電流可顯著提升等離子體密度極限和能量約束時間等關鍵參數(shù)，對提升我國聚變研究裝置聚變三乘積具有重要意義。國際上只有少數(shù)幾個裝置能實現(xiàn)兆安培高參數(shù)等離子體運行，該條件下的一些新物理和技術問題亟待研究和解決。

我國新建成的HL-2M采用了更先進的結構與控制方式，其等離子體體積提高到國內現(xiàn)有裝置的2倍以上，等離子體電流能力從國內現(xiàn)有裝置的1兆安培提高到2.5兆安培以上。為實現(xiàn)以上高參數(shù)運行條件，HL-2M裝置首次放電以來研發(fā)和升級了其主機的第一壁、低溫、運行控制、高功率加熱等核心系統(tǒng)，預計今年年底開始投入實驗運行。

下一步， HL-2M裝置將籌劃與ITER及聚變堆相關物理實驗，HL-2M的離子溫度可達到1.5億度，可實現(xiàn)與聚變堆相關的高密度、高比壓、高自舉電流等離子體運行，將提高我國對聚變堆等離子體物理的認知并積累相關運行控制經(jīng)驗；此外，通過HL-2M裝置可掌握或突破聚變堆工程相關技術，比如高功率輔助加熱和電流驅動、偏濾器排灰排熱、聚變產(chǎn)物診斷等關鍵技術。

因此，這將為提升我國核聚變能開發(fā)的競爭力和自主創(chuàng)新能力，充分利用好我國現(xiàn)階段具備能力運行在堆芯級等離子體參數(shù)條件下的先進實驗平臺（HL-2M裝置），提升核聚變物理認知、掌握聚變堆關鍵核心技術，從而為我國深度參與ITER計劃及未來自主設計、建造和運行聚變堆提供重要支撐。

澎湃新聞：近來關于核聚變的新聞不少，比如2月上旬，歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）在5秒內產(chǎn)生了能量輸出為59兆焦耳的穩(wěn)定等離子體。這一結果意味著什么？相較于其他正在推進聚變研究的國家，中國可控核聚變技術處于什么水平？

段旭如：可控核聚變的科學可行性已經(jīng)在上個世紀90年代得到了證實，歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）和美國的TFTR裝置都獲得了聚變反應功率，也是目前世界上僅有的兩個開展過氘-氚聚變反應實驗的可控磁約束核聚變裝置。

JET是目前世界上在運行的尺寸最大的托卡馬克裝置，1997年獲得了世界最高的16.1MW聚變功率記錄，和當時最高記錄的22MJ聚變能量。2021年開展的第二輪氘-氚反應實驗已創(chuàng)造了59MJ聚變反應總能量的世界紀錄。本輪實驗代表了目前在ITER裝置運行前的氘-氚聚變反應最高水平，為ITER裝置的實驗運行驗證了多項關于氘氚聚變運行控制、第一壁材料和氚處理等關鍵技術，該進展驗證了相關預測模型的準確性，對ITER的運行計劃提供了實驗支撐，也對未來聚變堆的研發(fā)提供了實驗基礎和數(shù)據(jù)支撐。

我國受控核聚變研究早在二十世紀五十年代就開始了，幾乎與國際上受控核聚變研究同步，到上世紀60年代中期，我國建立了專業(yè)的核聚變研究所，也就是現(xiàn)在核工業(yè)西南物理研究院的前身。從那時開始，我國就有了專業(yè)的團隊來從事核聚變的研究。后來中國科學院也成立了相關單位，再加上后來一些高校及研究機構也在不斷參與其中。

中國自2006年參加ITER計劃以來，承擔了ITER裝置重要關鍵部件的制造任務。立足于國內研究，充分利用ITER計劃這一良好國際合作平臺，我國的聚變研究得到了快速發(fā)展，磁約束核聚變研究從過去的跟跑步入了并跑階段，部分技術達到國際領先水平。

比如，核工業(yè)西南物理研究院研發(fā)的第一壁采購包半原型部件在2016年成功通過高熱負荷測試，在世界上率先通過認證，同時也帶動了我國其他相關領域技術發(fā)展。2019年，中核集團牽頭承擔了ITER迄今金額最大的主機總裝1號合同（TAC1），該合同的簽訂標志著我國核聚變技術與人才積累、核電建設能力以及國際影響力獲得國際聚變界認可。

然而，我國磁約束聚變裝置的綜合運行參數(shù)（聚變三乘積）與國際領先水平相比仍有差距。另外，我國尚無能開展氘氚聚變實驗的磁約束聚變裝置，與聚變堆運行和燃燒等離子體物理相關的經(jīng)驗缺乏，對中國而言，參加ITER計劃是我國磁約束核聚變能研發(fā)計劃中的關鍵一步，將積累聚變堆建造、運行相關經(jīng)驗。我國自主建造未來聚變堆仍面臨部分關鍵科學與技術挑戰(zhàn)，需提前布局，一一攻克。

澎湃新聞：根據(jù)我國核工業(yè)中長期發(fā)展遠景目標，到本世紀中葉要實現(xiàn)核聚變能的應用。但截至目前，核聚變的商業(yè)化應用仍然存在很大的不確定性。未來30年，我們有望看到核聚變進入商業(yè)示范堆階段嗎？當前還面臨哪些難點亟待攻克？

段旭如：可控核聚變研發(fā)已經(jīng)從原理探索，大規(guī)模實驗逐步邁入到反應堆工程實驗階段，現(xiàn)在我們對核聚變技術的認知愈加清晰，特別是ITER項目的建設，讓第一個電站規(guī)模的聚變堆成為現(xiàn)實。同時核工程很多技術有了長足的進步，讓科研人員更加清楚地認知到未來核聚變電站要用到的一些技術、需要攻克哪些技術，比如在足夠寬的運行區(qū)間維持其結構及熱導特性的抗中子輻照材料研發(fā)、氚自持技術等，一些與聚變核工程相關的關鍵技術在ITER計劃啟動后才受到重視，我們還需要建立或利用其它設施來開展，比如用于聚變堆材料與部件考驗的聚變中子源等。

若依托現(xiàn)有核科技工業(yè)體系的基礎，凝聚核工程領域具有專業(yè)經(jīng)驗和技術基礎的相關研究單位和企業(yè)，逐步搭建聚變能的技術開發(fā)體系和工業(yè)體系，集中力量開展核聚變工程和技術攻關，再經(jīng)過三十年左右的時間，也就是到2050年左右，人類可以使用上核聚變能源。