人類距離實現(xiàn)可控核聚變的實際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？關(guān)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(yuǎn)還有50年”的技術(shù)。這種說法一方面折射了核聚變科研和工程技術(shù)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(guān)：隨著研究逐步推進(jìn)就會發(fā)現(xiàn)，有很多過去沒想到的技術(shù)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(shù)攻關(guān)進(jìn)展來看，實現(xiàn)核聚變應(yīng)用并非遙遙無期。全國政協(xié)委員、中核集團(tuán)核聚變堆技術(shù)領(lǐng)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(chǔ)，凝聚核工程領(lǐng)域具有專業(yè)經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)研究單位和企業(yè)，逐步搭建聚變能的技術(shù)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(shù)攻關(guān)，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(jì)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(dān)了ITER裝置重要關(guān)鍵部件的制造任務(wù)。立足國內(nèi)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(shù)達(dá)到國際領(lǐng)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(guān)鍵一步，將積累聚變堆建造、運(yùn)行相關(guān)經(jīng)驗。我國自主建造未來聚變堆仍面臨部分關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)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(yù)計今年年底開始更高參數(shù)的實驗運(yùn)行。該裝置為我國深度參與ITER計劃及未來自主設(shè)計、建造和運(yùn)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(tuán)核聚變堆技術(shù)領(lǐng)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(yùn)，目前取得了哪些研究進(jìn)展？該裝置將為我國自主建設(shè)核聚變堆提供哪些技術(shù)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(shè)計、建造、運(yùn)行經(jīng)驗和技術(shù)，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(yùn)行參數(shù)高，代表聚變裝置及聚變研究水平的聚變?nèi)朔e（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(guān)鍵參數(shù)，對提升我國聚變研究裝置聚變?nèi)朔e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(yùn)行，該條件下的一些新物理和技術(shù)問題亟待研究和解決。

我國新建成的HL-2M采用了更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)與控制方式，其等離子體體積提高到國內(nèi)現(xiàn)有裝置的2倍以上，等離子體電流能力從國內(nèi)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(yùn)行條件，HL-2M裝置首次放電以來研發(fā)和升級了其主機(jī)的第一壁、低溫、運(yùn)行控制、高功率加熱等核心系統(tǒng)，預(yù)計今年年底開始投入實驗運(yùn)行。

下一步， HL-2M裝置將籌劃與ITER及聚變堆相關(guān)物理實驗，HL-2M的離子溫度可達(dá)到1.5億度，可實現(xiàn)與聚變堆相關(guān)的高密度、高比壓、高自舉電流等離子體運(yùn)行，將提高我國對聚變堆等離子體物理的認(rèn)知并積累相關(guān)運(yùn)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(guān)技術(shù)，比如高功率輔助加熱和電流驅(qū)動、偏濾器排灰排熱、聚變產(chǎn)物診斷等關(guān)鍵技術(shù)。

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(yùn)行在堆芯級等離子體參數(shù)條件下的先進(jìn)實驗平臺（HL-2M裝置），提升核聚變物理認(rèn)知、掌握聚變堆關(guān)鍵核心技術(shù)，從而為我國深度參與ITER計劃及未來自主設(shè)計、建造和運(yùn)行聚變堆提供重要支撐。

澎湃新聞：近來關(guān)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(nèi)產(chǎn)生了能量輸出為59兆焦耳的穩(wěn)定等離子體。這一結(jié)果意味著什么？相較于其他正在推進(jìn)聚變研究的國家，中國可控核聚變技術(shù)處于什么水平？

段旭如：可控核聚變的科學(xué)可行性已經(jīng)在上個世紀(jì)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(yīng)功率，也是目前世界上僅有的兩個開展過氘-氚聚變反應(yīng)實驗的可控磁約束核聚變裝置。

JET是目前世界上在運(yùn)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(dāng)時最高記錄的22MJ聚變能量。2021年開展的第二輪氘-氚反應(yīng)實驗已創(chuàng)造了59MJ聚變反應(yīng)總能量的世界紀(jì)錄。本輪實驗代表了目前在ITER裝置運(yùn)行前的氘-氚聚變反應(yīng)最高水平，為ITER裝置的實驗運(yùn)行驗證了多項關(guān)于氘氚聚變運(yùn)行控制、第一壁材料和氚處理等關(guān)鍵技術(shù)，該進(jìn)展驗證了相關(guān)預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，對ITER的運(yùn)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(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

我國受控核聚變研究早在二十世紀(jì)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(jì)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(tuán)隊來從事核聚變的研究。后來中國科學(xué)院也成立了相關(guān)單位，再加上后來一些高校及研究機(jī)構(gòu)也在不斷參與其中。

中國自2006年參加ITER計劃以來，承擔(dān)了ITER裝置重要關(guān)鍵部件的制造任務(wù)。立足于國內(nèi)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(shù)達(dá)到國際領(lǐng)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(fù)荷測試，在世界上率先通過認(rèn)證，同時也帶動了我國其他相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展。2019年，中核集團(tuán)牽頭承擔(dān)了ITER迄今金額最大的主機(jī)總裝1號合同（TAC1），該合同的簽訂標(biāo)志著我國核聚變技術(shù)與人才積累、核電建設(shè)能力以及國際影響力獲得國際聚變界認(rèn)可。

然而，我國磁約束聚變裝置的綜合運(yùn)行參數(shù)（聚變?nèi)朔e）與國際領(lǐng)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(yùn)行和燃燒等離子體物理相關(guān)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(guān)鍵一步，將積累聚變堆建造、運(yùn)行相關(guān)經(jīng)驗。我國自主建造未來聚變堆仍面臨部分關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)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(yuǎn)景目標(biāo)，到本世紀(jì)中葉要實現(xiàn)核聚變能的應(yīng)用。但截至目前，核聚變的商業(yè)化應(yīng)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(jìn)入商業(yè)示范堆階段嗎？當(dāng)前還面臨哪些難點(diǎn)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(yīng)堆工程實驗階段，現(xiàn)在我們對核聚變技術(shù)的認(rèn)知愈加清晰，特別是ITER項目的建設(shè)，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(shù)有了長足的進(jìn)步，讓科研人員更加清楚地認(rèn)知到未來核聚變電站要用到的一些技術(shù)、需要攻克哪些技術(shù)，比如在足夠?qū)挼倪\(yùn)行區(qū)間維持其結(jié)構(gòu)及熱導(dǎo)特性的抗中子輻照材料研發(fā)、氚自持技術(shù)等，一些與聚變核工程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)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(shè)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(chǔ)，凝聚核工程領(lǐng)域具有專業(yè)經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)研究單位和企業(yè)，逐步搭建聚變能的技術(shù)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(shù)攻關(guān)，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。