在人類對可持續能源的不懈追求中，核聚變技術以其清潔、高效的獨特優勢，正逐步從實驗室走向商業化，成為全球企業家的矚目焦點。這種被譽為“人造太陽”的技術，不僅有望滿足人類對能源的持續需求，更有望為投資者帶來可觀回報。

中國科大核科學學院教授孫玄對核聚變技術進行了多維度、深入細致的剖析，不僅揭示了其深厚的技術底蘊，還前瞻性地描繪了其在能源領域的廣闊發展前景，彰顯了該技術作為未來能源變革核心力量的巨大潛力與商業機遇。合肥綜合性國家科學中心能源研究院教授級研究員孔德峰帶領大家參觀了托克馬克實驗室，中國科大國家同步輻射實驗室黨委書記、副主任李良彬帶同學們參訪了中國科大國家同步輻射實驗室，實探核聚變最前沿。

七十年磨一劍，

核聚變技術商業化提速

自20世紀50年代起，核聚變技術便開啟了其漫長的研發之旅。盡管目前暫未實現商業應用，但其巨大的商業化潛力已不容忽視。

孫玄

中國科大核科學學院教授

孫玄教授指出，核聚變被譽為“人類能源利用的圣杯”，是利用宇宙中最普遍能源的開始，或可認為是人類跨越到文明1.0的標志，是必定要做成的事情。

但同時核聚變也是人類科技有史以來的最大挑戰之一。航天登月計劃于1961年開始啟動，1969年Apollo號登月成功。第一顆原子彈的研制從1942年開始，經過3年成功實現核爆炸。第一顆氫彈的研制耗時7年。而核聚變從20世紀60年代就開始研究，到今天仍然沒有實現，被調侃為“永遠的30年”。

核聚變是一種在高溫高壓條件下，將兩個或多個較輕的原子核聚合成一個較重的原子核，并釋放出巨大能量的過程。它以其高能量密度、清潔無核廢料及豐富燃料來源等優勢，成為了極具吸引力的能源形式之一。目前應用較為廣泛的聚變燃料是氘-氦-3。海水中含有大量的氘元素，同時月球上有豐富的氦-3礦，這都為核聚變提供了豐富原料。一克氘氚燃料所釋放的能量相當于8噸石油。

核聚變實現的難點在于燃料的不穩定。燃料為高溫等離子體，被稱為“monster”，極難被限制住，目前的控制方式是磁性約束和慣性約束，托卡馬克裝置即是用磁籠來限制高溫等離子體的位置和運動路徑。

事實上，對核聚變研究已經重點放在對等離子體的研究上。孫玄教授介紹，等離子體具有廣闊的商業應用前景，包括核聚變核電站、可用作深空旅行的等離子體推進器、碳捕集利用、廢水處理、垃圾處理、生物醫學和農業應用等方面。

核聚變電站

近年來，全球對核聚變技術的重視和期待持續升溫。美國政府在2022年的聚變峰會上發布計劃，預計在2035-2040年間建成首代聚變電站。同時，全球多個實驗性聚變反應堆如中國的EAST、HL-3等相繼建成，為核聚變的商業化奠定了堅實基礎。目前國內對核電站的需求大約為100億元/年。

核聚變技術實現商業化后，成本能否與太陽能、潮汐能、化石能源等競爭，成為各家企業需要考量的要點。但從戰略發展角度來講，需要放長眼光，社會發展需要的能源規模在指數級增長，核聚變終歸會成為第一能源形式。

等離子體推進器

深空探索是未來三大科技方向之一，其他兩個是量子計算和核聚變。目前馬斯克的移民火星計劃使用的是基于傳統技術的推進器，未來如果等離子體推進器研發成功，速度可達到30-50km/s，可在1個月內往返火星，比目前馬斯克使用的快10倍左右。

推進器方面，目前有國外企業在做FRC推進和電磁推進，有做成聚變推進器的潛力。國內合肥有好幾家火箭衛星發射公司也在探索太空推進器，市場融資也已進行了兩波。

碳捕集利用

利用電高爐和碳捕集技術，將煤礦轉化為煤電、煤氣等，并捕捉二氧化碳，捕捉效率目標達到100%。目前正在進行商業化，并希望進入國家計劃，實現和煉鋼集團的合作，助力雙碳戰略。

廢水處理

通過兩個高壓電池在廢水池兩端放電，再用雙氧水和臭氧殺菌凈化分解，實現對廢水的處理。

垃圾處理

垃圾處理的市場空間巨大。等離子體電弧放電的能量密度很高，溫度在7000度以上，用來融化金屬、放射性物質都不在話下。無論什么垃圾都可被汽化為粒子態，再經過篩選得到重新利用。目前法國已經有了利用等離子體爐子實現廢物處理的工廠，國內這種廠比較少，是否存在廣闊商機需要繼續跟進考察。

生物醫學應用

高壓電極產生的等離子體射流可以用于牙科殺菌、皮膚表面燒傷后的殺菌以及其他消毒場景，還可制作等離子體面具。

農業應用

等離子體可用于種子處理，進行表皮改性、基因變異，也可用于土壤處理，以降低有機物含量，提高土壤健康度。

大國擔當

EAST引領全球科研與商業化潮流

在本模塊課程中，同學們有幸在合肥綜合性國家科學中心能源研究院教授級研究員孔德峰的帶領下走進托克馬克實驗室，親臨全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)的現場。

EAST是國際首個、國內唯一的全超導托卡馬克裝置，這一凝聚中國智慧與科技力量的杰作，憑借其獨特的磁約束與真空絕熱技術，成功構建起一個受控核聚變的環形殿堂，致力于通過精密的磁約束機制駕馭高溫等離子體，解鎖核聚變反應的無限潛能。

作為國際舞臺上少數能夠與國際熱核聚變實驗堆(ITER)并肩的科研先鋒，EAST已穩健運行18年，并多次創造托卡馬克裝置等離子體長脈沖運行的世界紀錄。EAST不僅在全球穩態磁約束聚變研究領域占據領先地位，還推動了我國磁約束核聚變技術的全面發展，實現了核心技術的產業化應用，創造了顯著的經濟與社會效益。

尤為值得一提的是，EAST的輝煌成就遠不止于科研領域。它的建設與運行，如同一股強勁的東風，激發了國內企業自主創新的澎湃動力，推動了我國磁約束核聚變技術及相關產業鏈的全面升級。從技術研發到關鍵部件制造，再到核心技術的產業化應用，EAST不僅實現了自身技術的飛躍，更為我國經濟社會的可持續發展注入了強勁的綠色動能，創造了顯著的經濟與社會效益。

先進光源

加速產業創新與變革

同步輻射光源在核聚變領域具有重大意義，它不僅是研究極端條件下材料性能和等離子體狀態的重要工具，還推動了物理學、材料科學等基礎學科的發展，對核聚變商業化進程具有不可估量的推動作用。

李良彬教授為同學們詳細介紹了同步輻射光源。

李良彬

中國科大國家同步輻射實驗室黨委書記、副主任

同步輻射光源可以用于研究托卡馬克裝置中使用的材料，例如高溫超導材料、壁材料等，以了解其在極端條件下的性能和行為。

此外同步輻射光源可以作為一種診斷工具，用于研究托卡馬克裝置中的等離子體狀態，例如電子密度、溫度分布等，用來測量等離子體的不穩定性和能量傳輸等性能。

通過提供高強度、高穩定性的光束，同步輻射光源幫助科學家優化了托卡馬克裝置中的材料選擇和等離子體約束性能，為核聚變技術的穩定性和效率提升奠定了基礎。

同時，這一光源的應用也加速了核聚變技術的商業化進程，通過降低建設和運行成本、增強技術可行性與市場競爭力，推動了核聚變技術從實驗室走向工業應用。此外，同步輻射光源還促進了國際科技合作與交流，共同應對核聚變技術商業化過程中的挑戰，加速了其全球普及和應用，為人類實現清潔、高效的能源未來提供了有力支持。

同學們還參觀了中國科大國家同步輻射實驗室。

參觀中國科大國家同步輻射實驗室

展望未來，隨著全球能源結構的轉型和環保意識的提升，核聚變技術有望成為未來主導能源之一。在科學技術的持續進步與創新驅動下，核聚變的效率和安全性將不斷提升，為人類帶來更加美好、可持續的能源未來。同時，政府、企業與科研機構的緊密合作與持續投入，將加速核聚變技術的商業化進程，推動其從夢想走進現實。

圖為世界其他國家在核聚變領域的重大投資項目

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