人造太阳何时照亮千家万户

能源始终牵引着人类社会的前进方向。近年来，被称为“人造太阳”的可控核聚变能研发在全球多地持续释放积极信号，技术路线愈发丰富，涌现出一批活跃的研究主体，使其由“科学上可行”加速迈向“工程上可验证”。在这场竞逐中，中国的研究能力不断走高、国际影响力持续扩大；美国、欧洲、日本等也同步加大资源投入，力图在下一轮能源变革中抢占先机。但也要看到，可控核聚变能要真正从实验室走向电网，仍要跨越多方面的物理、工程与经济难题，它的商业化属于必须长期持续投入的跨代工程。

模拟太阳发光发热的运行机理——

让这团“火球”悬在空中，既不撞壁也不熄火，实现长时间稳定约束与高性能运转

所谓“人造太阳”，源于对太阳能量产生方式的复刻。太阳能够发光发热，根本原因在于其核心处极端高温与高压环境下，氢原子核被强行“揉”到足够接近并发生聚合，生成氦原子核，同时释放出巨大的能量。由于可控核聚变能所追求的正是这种能量释放过程，因此人们将其形象称作“人造太阳”。其主要燃料之一——氘——可从海水中提取，储量丰富；而一旦实现运行，既不产生二氧化碳排放，也不会像传统裂变核电那样生成大量高活度、长寿命的放射性废物。若技术真正获得突破，就有望为人类持续提供清洁且稳定的能源。

但要在地球上重现类似的能量释放并不容易：必须将燃料加热到上亿摄氏度，使物质进入由海量带电粒子构成的特殊状态，即“等离子体”。然而，任何固体材料都难以通过“直接接触”的方式长期承受如此极端的温度条件。于是，科学家们提出了多种方案，其中一个常见思路就是让这团“火球”悬浮起来，避免与装置壁面发生接触，从而减少冷却与失稳。

多年来，主流做法是借助强磁场将等离子体“托”起，仿佛用一个无形的笼子把它稳稳包住。以这种方式实现聚变的路线被称为磁约束聚变，其中最具代表性的装置是“托卡马克”。自1988年启动设计以来，汇聚了来自七大方30多个国家和地区力量的国际热核聚变实验堆（ITER）是目前规模最大、标志性最强的托卡马克工程。2023年，由日本与欧盟共同建设的JT—60SA装置建成并完成首次等离子体放电；法国的WEST装置则在2025年实现了1337秒的等离子体持续运行。我国的“东方超环”和“环流三号”同样属于这一方向的重要代表。2025年，“东方超环”实现上亿摄氏度、1066秒的稳态高性能等离子体运行；“环流三号”实现离子温度1.17亿摄氏度、电子温度1.6亿摄氏度条件下的运行。

对于磁约束路线而言，核聚变发电的关键前提，是反应能够在高参数条件下持续稳定进行，而不是像“放炮仗”那样瞬间结束。上述一系列进展所体现的正是高温等离子体在长时间稳定约束与高性能运行方面的成果。它们构成未来聚变电站实现连续稳定运转的重要基础，也在逐步验证“人造太阳”的技术可行性。

有的方案依靠强磁场把高温燃料稳稳托住，有的则用激光或电流对燃料进行瞬时挤压与加热

如今，通往“人造太阳”的道路更加多样化，不同聚变路线并行推进、持续突破。

相较于托卡马克这种大型复杂系统路线，场反位形等装置因体积更紧凑、迭代更快、已吸引越来越多关注。该路线通常不以托卡马克常见的中心螺线管结构为依托，而是让等离子体自组织形成闭合磁场结构；在相同磁场强度条件下，装置力争实现更高压强。这一思路有望带来装置紧凑化，并降低单位功率的建设成本。2023年，美国赫利昂能源公司与微软签署全球首份面向未来商业的聚变购电协议；今年2月，该公司又宣布其原型机“北极星”成功观测到氘氚聚变信号，意味着装置内部发生了可测量的聚变反应。与此同时，美国TAE技术公司借助数字仿真与人工智能持续优化等离子体控制策略，推进其面向商业化的路线图。

仿星器（stellarator）则是一类外形酷似麻花的磁约束装置。它的磁场结构更为复杂，但理论上更有利于将高温等离子体中的粒子与能量更长时间地“留住”，从而增强装置持续工作的能力。2025年，德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所的W7—X装置在长脉冲（即较长时间持续放电）的运行条件下刷新三乘积世界纪录——三乘积是对等离子体温度、密度以及维持时间三项指标进行综合评价的重要标准——并将高性能等离子体状态维持至43秒。相关结果表明，仿星器在长时间稳定运行方面具备愈发突出的潜力。

另一类重要思路，是在极短时间尺度内快速压缩燃料并完成加热，从而点燃聚变反应，这便是惯性约束聚变。其中最受关注的技术实现方式之一，是依托高能激光驱动燃料内爆。2025年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）采用192束高能激光同时轰击一颗装有不足1毫克氘氚燃料、体积比芝麻还小的靶丸，并在数十亿分之一秒内将其压缩到比太阳核心还要致密的状态，进而诱发聚变反应。一项实验释放的能量可达8.6兆焦，约等同于一台1000瓦电暖器连续运行2个多小时所消耗的电能。此次结果显示，聚变释放的能量不仅超过注入靶丸的激光能量，能量增益进一步提升到4倍以上，再次验证了激光聚变点火的可重复性，标志着实验室点火研究迈向更高水平。

此外，也有团队另辟路径：通过电流产生的强大磁场将等离子体“箍”住，仿佛用无形的橡皮筋将其紧紧束缚。该方法称为“Z箍缩”。美国聚变能源技术公司“扎普能源”近期表示，其最新一代“FuZE—3”装置在等离子体压强等关键指标方面取得突破，进一步提升了Z箍缩等离子体的稳定性，也展示了该路线在推动装置紧凑化方面的潜力。

这些不同路线可以看作通往山顶的多条路径：有的依靠强磁场将高温燃料托住并尽量隔离装置壁面，有的则通过激光或电流在极短时间内对燃料进行瞬时挤压与快速加热。多元并行的探索，为破解可控核聚变能在物理与工程等方面的难题提供了更广阔的空间。

国家主导、国际合作与商业参与汇聚合力，中间技术和平台“沿途下蛋”加快产业落地

目前，全球可控核聚变能创新生态正呈现深刻变化：国家主导、国际合作以及商业参与等多方力量正在加速汇流，推动该领域研发进入更活跃的新阶段。ITER作为全球规模最大的能源科技合作项目，集结了多国科研力量，共同评估并探索托卡马克路线下聚变反应的工程可行性。美国、欧洲、日本等地区也持续加大投入，为核聚变能技术研发提供支持。我国核聚变能研究则已由“跟跑”逐步转向“并跑”，部分方向进入国际前列，同时具备的较为完备工业体系优势，也正在为核聚变能工程化提供坚实支撑。

与此同时，商业核聚变企业加速涌现，社会资本持续进入，这同样体现了全球可控核聚变能创新生态的演进趋势，也有望推动可控核聚变能技术以更快节奏走向实际验证。在这一进程中，人工智能正成为点亮“人造太阳”的关键新变量。人工智能有望在海量材料与结构方案中，加速筛选适配极端环境的候选材料；也可为等离子体的状态识别、预测预警以及辅助控制提供新的工具，从而提升控制的及时性与精度，并为探索新的结构布局和运行模式打开更多可能。

总体来看，可控核聚变能研究仍整体处于从科学可行迈向工程验证的关键阶段。像NIF等最新进展，更多体现为实验室尺度下点火与燃烧能力的提升，而非在电网侧实现稳定供能。ITER调整后的时间表也提示，其研究运行预计到2034年启动、氘氚实验预计到2039年展开，庞大且复杂的系统集成难度由此可见一斑。与此同时，国际聚变研发重点也在逐步转向更贴近工程实现的关键问题，例如等离子体稳态运行、氚燃料自持循环、耐极端环境材料、装置安全性与经济性等。这些仍是国际范围内普遍公认的难点与挑战。可控核聚变能并不仅仅等同于追求更高温度参数或更长脉冲实验，其目标是构建覆盖全寿期、具备安全与可靠性的能源系统；因此其商业化路径必然需要多方长期积累、分阶段验证的过程。

核聚变能走向产业化，不必等待最终电站建成。事实上，在当前产业化路径中，一些聚变相关的中间技术与平台已开始按“沿途下蛋”的思路拓展现实应用空间。比如由我国凤麟核团队研发的高性能聚变中子源等相关技术，已在无损工业检测与安全、高端医疗健康等领域实现产业转化，并取得显著的应用效果。通过“以途促终”的方式推动技术演进与产业成长形成良性循环，也能让更多公众看见核聚变能技术的现实价值。

从实验室点火走向电网稳定供能，可控核聚变能仍需穿越漫漫长路。这是一项跨越代际的探索，也是一场综合国力的竞争。相信在全球科研人员持续不懈的努力下，“人造太阳”的光芒终将照亮未来。（吴宜灿 作者为中国科学院院士、国际核能院院士）