“人造太阳”可控核聚变的商业化前景

在人类对可持续能源的不懈追求中，核聚变技术以其清洁、高效的独特优势，正逐步从实验室走向商业化，成为全球企业家的瞩目焦点。这种被誉为“人造太阳”的技术，不仅有望满足人类对能源的持续需求，更有望为投资者带来可观回报。

中国科大核科学学院教授孙玄对核聚变技术进行了多维度、深入细致的剖析，不仅揭示了其深厚的技术底蕴，还前瞻性地描绘了其在能源领域的广阔发展前景，彰显了该技术作为未来能源变革核心力量的巨大潜力与商业机遇。合肥综合性国家科学中心能源研究院教授级研究员孔德峰带领大家参观了托克马克实验室，中国科大国家同步辐射实验室党委书记、副主任李良彬带同学们参访了中国科大国家同步辐射实验室，实探核聚变最前沿。

七十年磨一剑，

核聚变技术商业化提速

自20世纪50年代起，核聚变技术便开启了其漫长的研发之旅。尽管目前暂未实现商业应用，但其巨大的商业化潜力已不容忽视。

孙玄

中国科大核科学学院教授

孙玄教授指出，核聚变被誉为“人类能源利用的圣杯”，是利用宇宙中最普遍能源的开始，或可认为是人类跨越到文明1.0的标志，是必定要做成的事情。

但同时核聚变也是人类科技有史以来的最大挑战之一。航天登月计划于1961年开始启动，1969年Apollo号登月成功。第一颗原子弹的研制从1942年开始，经过3年成功实现核爆炸。第一颗氢弹的研制耗时7年。而核聚变从20世纪60年代就开始研究，到今天仍然没有实现，被调侃为“永远的30年”。

核聚变是一种在高温高压条件下，将两个或多个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核，并释放出巨大能量的过程。它以其高能量密度、清洁无核废料及丰富燃料来源等优势，成为了极具吸引力的能源形式之一。目前应用较为广泛的聚变燃料是氘-氦-3。海水中含有大量的氘元素，同时月球上有丰富的氦-3矿，这都为核聚变提供了丰富原料。一克氘氚燃料所释放的能量相当于8吨石油。

核聚变实现的难点在于燃料的不稳定。燃料为高温等离子体，被称为“monster”，极难被限制住，目前的控制方式是磁性约束和惯性约束，托卡马克装置即是用磁笼来限制高温等离子体的位置和运动路径。

事实上，对核聚变研究已经重点放在对等离子体的研究上。孙玄教授介绍，等离子体具有广阔的商业应用前景，包括核聚变核电站、可用作深空旅行的等离子体推进器、碳捕集利用、废水处理、垃圾处理、生物医学和农业应用等方面。

核聚变电站

近年来，全球对核聚变技术的重视和期待持续升温。美国政府在2022年的聚变峰会上发布计划，预计在2035-2040年间建成首代聚变电站。同时，全球多个实验性聚变反应堆如中国的EAST、HL-3等相继建成，为核聚变的商业化奠定了坚实基础。目前国内对核电站的需求大约为100亿元/年。

核聚变技术实现商业化后，成本能否与太阳能、潮汐能、化石能源等竞争，成为各家企业需要考量的要点。但从战略发展角度来讲，需要放长眼光，社会发展需要的能源规模在指数级增长，核聚变终归会成为第一能源形式。

等离子体推进器

深空探索是未来三大科技方向之一，其他两个是量子计算和核聚变。目前马斯克的移民火星计划使用的是基于传统技术的推进器，未来如果等离子体推进器研发成功，速度可达到30-50km/s，可在1个月内往返火星，比目前马斯克使用的快10倍左右。

推进器方面，目前有国外企业在做FRC推进和电磁推进，有做成聚变推进器的潜力。国内合肥有好几家火箭卫星发射公司也在探索太空推进器，市场融资也已进行了两波。

碳捕集利用

利用电高炉和碳捕集技术，将煤矿转化为煤电、煤气等，并捕捉二氧化碳，捕捉效率目标达到100%。目前正在进行商业化，并希望进入国家计划，实现和炼钢集团的合作，助力双碳战略。

废水处理

通过两个高压电池在废水池两端放电，再用双氧水和臭氧杀菌净化分解，实现对废水的处理。

垃圾处理

垃圾处理的市场空间巨大。等离子体电弧放电的能量密度很高，温度在7000度以上，用来融化金属、放射性物质都不在话下。无论什么垃圾都可被汽化为粒子态，再经过筛选得到重新利用。目前法国已经有了利用等离子体炉子实现废物处理的工厂，国内这种厂比较少，是否存在广阔商机需要继续跟进考察。

生物医学应用

高压电极产生的等离子体射流可以用于牙科杀菌、皮肤表面烧伤后的杀菌以及其他消毒场景，还可制作等离子体面具。

农业应用

等离子体可用于种子处理，进行表皮改性、基因变异，也可用于土壤处理，以降低有机物含量，提高土壤健康度。

大国担当

EAST引领全球科研与商业化潮流

在本模块课程中，同学们有幸在合肥综合性国家科学中心能源研究院教授级研究员孔德峰的带领下走进托克马克实验室，亲临全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)的现场。

EAST是国际首个、国内唯一的全超导托卡马克装置，这一凝聚中国智慧与科技力量的杰作，凭借其独特的磁约束与真空绝热技术，成功构建起一个受控核聚变的环形殿堂，致力于通过精密的磁约束机制驾驭高温等离子体，解锁核聚变反应的无限潜能。

作为国际舞台上少数能够与国际热核聚变实验堆(ITER)并肩的科研先锋，EAST已稳健运行18年，并多次创造托卡马克装置等离子体长脉冲运行的世界纪录。EAST不仅在全球稳态磁约束聚变研究领域占据领先地位，还推动了我国磁约束核聚变技术的全面发展，实现了核心技术的产业化应用，创造了显著的经济与社会效益。

尤为值得一提的是，EAST的辉煌成就远不止于科研领域。它的建设与运行，如同一股强劲的东风，激发了国内企业自主创新的澎湃动力，推动了我国磁约束核聚变技术及相关产业链的全面升级。从技术研发到关键部件制造，再到核心技术的产业化应用，EAST不仅实现了自身技术的飞跃，更为我国经济社会的可持续发展注入了强劲的绿色动能，创造了显著的经济与社会效益。

先进光源

加速产业创新与变革

同步辐射光源在核聚变领域具有重大意义，它不仅是研究极端条件下材料性能和等离子体状态的重要工具，还推动了物理学、材料科学等基础学科的发展，对核聚变商业化进程具有不可估量的推动作用。

李良彬教授为同学们详细介绍了同步辐射光源。

李良彬

中国科大国家同步辐射实验室党委书记、副主任

同步辐射光源可以用于研究托卡马克装置中使用的材料，例如高温超导材料、壁材料等，以了解其在极端条件下的性能和行为。

此外同步辐射光源可以作为一种诊断工具，用于研究托卡马克装置中的等离子体状态，例如电子密度、温度分布等，用来测量等离子体的不稳定性和能量传输等性能。

通过提供高强度、高稳定性的光束，同步辐射光源帮助科学家优化了托卡马克装置中的材料选择和等离子体约束性能，为核聚变技术的稳定性和效率提升奠定了基础。

同时，这一光源的应用也加速了核聚变技术的商业化进程，通过降低建设和运行成本、增强技术可行性与市场竞争力，推动了核聚变技术从实验室走向工业应用。此外，同步辐射光源还促进了国际科技合作与交流，共同应对核聚变技术商业化过程中的挑战，加速了其全球普及和应用，为人类实现清洁、高效的能源未来提供了有力支持。

同学们还参观了中国科大国家同步辐射实验室。

参观中国科大国家同步辐射实验室

展望未来，随着全球能源结构的转型和环保意识的提升，核聚变技术有望成为未来主导能源之一。在科学技术的持续进步与创新驱动下，核聚变的效率和安全性将不断提升，为人类带来更加美好、可持续的能源未来。同时，政府、企业与科研机构的紧密合作与持续投入，将加速核聚变技术的商业化进程，推动其从梦想走进现实。

图为世界其他国家在核聚变领域的重大投资项目

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