戍天九思：中国向可控核聚变发起总攻的底气在哪？

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　　2023年12月29日，以“核力启航，聚变未来”为主题的可控核聚变未来产业推进会在蓉召开。会上，国务院国资委明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向，并成立核聚变研发创新基金和中国核聚变能源有限公司，组成了由25家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体。

　　虽然笔者曾在去年4月《独家解读〡核聚变曙光：中国获“人造太阳”新机理新突破》一文中作过解读，有一定了解，但是，看到这个消息还是很纳闷，直到昨天我看到《科技日报》一篇报道，才恍然大悟！

　　笔者认为，这是中国向可控核聚变发起总攻的集结号，也是下决心全力以赴砸钱砸人砸资源的总攻动员令！那么，为什么要此时发起总攻？总攻的底气到底在哪里？

　　为什么第四代核电技术全球领先还要改变总攻方向？

　　目前，在核裂变技术领域，中国第四代核电已有三种成熟的技术路线。

　　一是在甘肃武威建设的2兆瓦钍基熔盐实验堆运行2年后，已于2023年6月7日获得国家运行许可证。

　　二是 2023年12月6日，华能石岛湾高温气冷堆核电站完成168小时连续运行考验，正式投入商业运行。

　　三是2017年，福建霞浦钠冷快堆60万千瓦示范快堆工程开工，原计划2023年建成投产。

　　2023年12月5日，江南造船厂还发布了全球首型核动力集装箱船船型设计。

　　这些都说明中国在投入巨资发展第四代核裂变发电技术后，现在核裂变发电技术已经非常成熟了。在这种情况下，还要下决心改变主攻方向，把可控核聚变作为未来能源唯一方向，一定是有原因、有底气的。

　　为什么半年前核聚变还是“重要方向”现在变成“唯一方向”？

　　2023年7月，国务院国资委就部署推进未来产业启航行动，明确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。其中，明确“可控核聚变是未来能源的重要方向”。

　　半年后，就由“重要方向”改成了“唯一方向”。考虑到人们对基础性重大技术突破的认识有一定滞后，一项技术突破只有持续带来改善，才会被认为是真正有意义的重大突破。因此，要真正了解这一转变，就需要分析近两年中国核聚变研发的有关重大进展。如果把近两年来的核聚变研发突破联系起来看，一下子就明白了。那么，近两年来发生什么重大变化？或者说，核聚变研发有什么重大突破呢？

　　近两年中国核聚变技术究竟取得了哪些重大突破？

　　关于研发核聚变技术，中美都在利用各自的优势，主攻技术路线各不相同。

　　美国有世界一流的核武器技术，是沿着核武器研发路线走的，走的是惯性约束路线——激光路线，大功率激光器是关键，激光路线容易产生高温，因而成功“点火”易、持续运行难。当美国研制出大功率150千瓦的激光武器之时，2022年12月13日，美国能源部就宣布：首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”，即实现第一步：点火成功。

　　中国有世界一流的电磁技术，走的主要是磁约束路线，稳态强磁体是关键，磁约束稳扎稳打，因而，中国持续有突破性成果。笔者跟踪发现，中国宣布核聚变作为未来能源唯一方向的底气，主要来源于近两年来的三大技术突破，特别是看似毫不相干的第三大突破：

　　一是“稳态强磁场实验装置”重大突破。据央视报道，2022年8月12日国家重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”实现重大突破，创造场强45.22万高斯的稳态强磁场，超越美国保持23年之久的45万高斯稳态强磁场世界纪录。这一新纪录相当于地球磁场的90多万倍。目前，中国合肥“人造太阳”的强磁场为3.5万高斯，法国巴黎在建的ITER国际核聚变实验堆的磁场强度为 13万高斯， 中国双流“人造太阳”HL-2M装置的磁场强度也是13万高斯。说明下一步“人造太阳”的磁场还有很大的提升潜力。

　　二是发现新的高能量约束模式。据人民日报2023年1月8日报道，近期，中国科学院合肥物质科学研究院核聚变团队利用全超导托卡马克大科学装置（EAST），发现并证明了一种新的高能量约束模式——超级I模（Super I-mode），对国际热核聚变实验堆和未来聚变堆运行具有重要意义。1月7日，国际学术期刊《科学·进展》发表了该研究成果。

　　此后，去年又有两项突破，证明了这种新的高能量约束模式的可行性。4月12日，中国合肥“人造太阳”（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。8月25日，双流的“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。100万安培是合肥“人造太阳”EAST的设计目标，经过长达16年探索才实现，双流的“中国环流三号”建成后三年不到就实现了，说明新的高能量约束模式的实用性。下一步，双流的“中国环流三号”就要向250万安培的设计目标进军。

　　三是发现新的实现温度绝对零度方法。2024年1月11日，《自然》在线发表了一项关于极低温制冷的重要进展。来自中国科学院大学、中国科学院物理所以及中国科学院理论物理所等单位的研究人员，在钴基三角晶格磁性晶体中首次发现量子自旋超固态存在的实验证据。同时，他们利用该晶体材料，通过绝热去磁获得了94毫开（零下273.056摄氏度）的极低温，成功实现无液氦极低温制冷，并将该效应命名为“自旋超固态巨磁卡效应”。

　　《自然》审稿人对这项研究给予了高度评价。他们认为，该成果“报道了超低温下对一种复杂化合物的高质量实验”“理论与实验的符合极好地支持了该工作的核心结论”“漂亮的工作展示了自旋超固态的熵效应有多大，会引发广泛的研究兴趣”。

　　论文共同通讯作者、中国科学院大学教授苏刚表示，这一新物态与新效应的发现是基础研究的一项重大突破，也为我国在深空探测、量子科技、物质科学等尖端领域研究的极低温制冷“卡脖子”难题提供了一种新的解决方案。

　　考虑到《自然》杂志对重要论文的审稿非常复杂，短则几个月，长则1-2年，该成果应该在去年早些时候就已经出来了，可控核聚变研究圈子应该都知道该成果的份量。

　　如果把上述论文翻译成大白话，就是说：过去一百年来人类只有氦气液化这一种极低温（零下273摄氏度）制冷技术（1908年由荷兰物理学家发明），现在中国科学家发明了另一种极低温制冷技术，这一突破是百年一遇的基础研究的重大突破，必将颠覆现有研究微观物理世界的手段。笔者认为，必将推动中国超导材料、超导量子等技术的大繁荣大发展，也为中国研发新一代超导磁体提供了新手段、新可能。

　　因为材料在极低温时会表现出很好的超导特性和量子特性，而此前的氦气液化极低温制冷技术费时费力成本高，严重制约相关领域的研发和发展。比如，超导量子需要极低温条件（-273.15摄氏度），也是用这种氦气液化极低温制冷的，因此超导量子计算机的体积都非常大。现在，发现了新的实现极低温制冷方法，一旦技术成熟，就有可能比氦气液化极低温制冷技术更简洁、成本更低。这就意味着有可能低成本地制造出超导材料和量子比特，这对于中国研发新一代超导磁体、超导量子计算机等意义重大。

　　这也是中国明确“可控核聚变领域为未来能源的唯一方向”的最大底气，因为有了新磁体、新模式、新手段。