热点关注:  
放射性同位素 粒子加速器 辐照杀菌 无损检测 高新核材 辐射成像 放射诊疗 辐射育种 食品辐照保鲜 废水辐照 X射线 中广核技 中国同辐

薛其坤院士:可控核聚变的实现将是未来20年最具颠覆性的科学变革

2025-07-12 10:16     来源:可控核聚变     可控核聚变

7月8日,在未来科学大奖十周年庆典·科学峰会的物理专场研讨会上,中国科学院院士、南方科技大学校长薛其坤表示:“可控核聚变的实现将会是未来二十年最具颠覆性的科学变革,这会永久改变人类能源问题,足以支撑未来任何一次工业革命”。

据了解,“未来科学大奖”由香港未来科学大奖基金会有限公司发起,最早源自于2015年“未来产业”成立大会上,一群世界知名的中国科学家和企业家共同发出“打造属于中国的科学大奖”的倡议。次年,“未来科学大奖”应运而生,单项奖金规模高达100万美元。

据悉,该奖项始终关注原创性的基础科学研究,被《Nature》称为“中国的诺贝尔奖”,设有生命科学奖、物质科学奖、数学与计算机科学奖三大奖项,致力于奖励在中国内地(大陆)、香港、澳门、台湾地区做出杰出科学成果的科学家(不限国籍)。

薛其坤,2005年11月当选为中国科学院院士,国家最高科学技术奖获得者。主要研究方向为扫描隧道显微学、表面物理学、自旋电子学、拓扑量子物理和高温超导电性。今年2月,由薛其坤院士领衔的南方科技大学、粤港澳大湾区量子科学中心与清华大学联合研究团队,宣布成功在常压条件下发现镍基氧化物的超导电性,这使得镍基成为继铜基、铁基材料之后的第三类在常压下突破麦克米兰极限的高温超导材料体系)。

一、可控核聚变曾是“永远的五十年”

可控核聚变领域有一个著名的“50年悖论”,即在科技界的预言中,距离实现可控核聚变永远有50年。

20世纪20年代,英国剑桥大学天文学家Arthur Stanley Eddington在《恒星内部结构》一书中指出,太阳的能源应该来自内部的原子核聚变反应。

在此之后,随着量子力学的创立,人们对原子核聚变反应有了更加准确的认识。1937-1938年,德裔美籍物理学家Hans Albrecht Bethe和德国物理学家Carl Friedrich Freiherr von Weizsäcker发现了恒星内部存在的两种氢原子核的聚变反应:质子—质子反应和碳氮氧循环反应。

20世纪50年代,核聚变研究起步初期,先后取得了一些初步进展,随即基于当时的认知和技术路线(主要是磁约束),乐观地估计“再有个50年 ”就能实现商业应用。然而,随着研究的深入,人们发现了越来越多、越来越复杂的技术难题(等离子体不稳定性、材料问题、工程复杂性等)。每当研究进入一个新阶段,或者出现一个看似有希望的突破时,乐观的预期再次指向“大约50年后 ”。这个“50年”的终点线仿佛随着时间推移而同步后移。

二、聚变三乘积增速实际超过“摩尔定律”

芯片领域长期存在着一个著名的经验定律,即摩尔定律。该定律是在1965年,由英特尔(Intel)的创始人之一——戈登·摩尔(Gordon Moore)提出。核心内容是:每隔18-24个月,集成电路上可容纳的晶体管数量就会增加一倍,同时芯片大小也会减半,这意味着相同的芯片面积可以容纳更多的晶体管,从而使得计算机的性能也得到了大幅提升。

虽然“摩尔定律”不是一个真正的物理定律,但却在之后的数十年间指导着计算机和芯片产业的发展过程。

而在核聚变领域,以托卡马克为例:2000年之前,聚变三乘积的增长速度基本保持每隔1.8年翻番,这一速度超过芯片领域的“摩尔定律”,也超过加速器发展增速。

三、政府主导项目瞄准2040年前后示范发电

国际热核聚变实验装置(ITER)计划,是目前世界上规模仅次于国际空间站的大科学工程计划,也是目前在建的世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆。根据其最新发布的基线计划,预计将在2034年开始运行,2039年开始氘-氚(D-T)聚变实验运行。但是ITER本身不发电,也不验证持续商业发电所需的所有技术和经济性。而未来核聚变的商业化必须更聚焦于实际发电,燃料循环、经济性和工程可靠性等问题都是必须要考虑的因素。因此,部分国家相继推出自己的示范堆计划,以日本、英国和中国为例:

日本FAST:2024年11月启动的示范电厂项目。今年4月,日本核聚变技术开发公司Kyoto Fusioneering宣布成立了新的实体公司Starlight Engine,并由后者整合产业界、政府官方与学术资源,牵头推进FAST项目的技术开发、业务战略、财务规划、供应链管理以及项目选址等工作,从而加速日本聚变能技术的开发,预计将在2030年代末进行发电示范。

英国STEP:当前重点推进的国家级聚变能发展项目,由英国原子能管理局下属的UKIFS牵头推进,目标是2040年前后建成原型聚变电厂,示范聚变技术的商业可行性,并验证聚变电厂实现燃料(即氚)自给自足的能力。

中国CFEDR:即中国聚变工程示范堆,是聚变新能“BEST—聚变工程示范堆—首个商业聚变堆”三步走战略的第二步,现已全面开展预先研究和设计,有望在不久的将来立项。聚变新能董事长严建文在接受《中国新闻网》采访时表示:“计划在2040年前后联合产业链上下游企业,开展更高聚变功率聚变商业堆建设,努力实现低成本发电。”

四、私营企业计划2030年代进行示范发电

相较于政府主导的项目,私营企业在示范发电时间规划上显得更为激进,甚至计划跨过示范堆,直接从实验堆跨到商业堆阶段。

CFS(美国,全高温超导托卡马克):作为全球核聚变初创公司中的“佼佼者”,CFS目前正在全力推进其SPARC装置的建设与安装,预计将在2026年建成,并在2027年首次验证Q>1;与此同时,CFS还在积极推进其首座商业聚变电厂项目——ARC,计划2020年代末开工,并在2030年代初投用。今年5月,CFS已正式就ARC项目提交分区规划申请,启动项目审批流程。6月30日,CFS宣布已与谷歌达成协议,将在2030年代初从ARC向谷歌供应200MW电力。

Helion Energy(美国,场反位形):今年2月,Helion Energy宣布计划在华盛顿马拉加建造世界首座核聚变发电厂,预计初始发电容量为50MW并在2028年开始发电,未来可能扩展至250MW。5月13日,美国华盛顿州州长Bob Ferguson签署众议院第1018号法案,意在通过简化审批流程、完善监管框架,为Helion Energy等公司的聚变电站建设开辟 “快速通道”,也标志着该州在聚变能源领域迈出历史性一步。

Proxima Fusion(德国,QI+高温超导仿星器):6月11日,德国聚变初创企业Proxima Fusion宣布完成1.3亿欧元(约1.5亿美元)的A轮融资,一跃成为融资总额最高的仿星器商业聚变公司,同时也创下欧洲私营聚变企业单一轮次融资规模之最。该公司计划在2027年完成基于高温超导技术的仿星器模型线圈(SMC),2031年开始运行其示范仿星器Alpha,作为验证Q>1(净能量增益)并迈向首座商用核聚变电厂的关键一步,随后在2030年代交付首创的商业聚变电厂Stellaris。

能量奇点(中国,全高温超导托卡马克):创始人兼首席执行官杨钊曾在接受《腾讯科技》(采访时表示,计划在2027年建成能够实现十倍能量增益的洪荒170装置,2030-2035年建成一个大概电输出功率在50万千瓦(500MW)的中型火力发电站规模的聚变的示范电站。

星环聚能(中国,重复重联高温超导球形环):联合创始人兼首席科学家谭熠曾在接受《科创板日报》(记者专访时表示:计划在2024-2027年建造新一代装置CTRFR-1,以彻底验证其工程的可行性;2027年底或2028年初启动商业示范堆建设,并用3-5年时间完成,目标是在2030年左右展示一个可输出电能的聚变堆。


推荐阅读

印度有望成为第二个运营商业快中子增殖反应堆国家 跻身先进核技术国家行列

印度联邦部长吉滕德拉·辛格博士宣布,印度即将成为先进核技术领域的领军者,继俄罗斯之后将成为下一个投产并运营商业快堆的国家。位于泰米尔纳德邦卡尔帕卡姆的国产500兆瓦原型快堆(PFBR)于2026年4月6日成功实现首次临界。PFBR由英迪拉·甘地原子研究中心(IGCAR)和印度核电有限公司(BHAVINI)合作建设,对推进印度核能计划至关重要,其建成标志着印度三阶段核电计划第二阶段启动。该阶段采用铀钚混合氧化物燃料,旨在提高燃料效率,产生比消耗... 2026-04-28

俄罗斯科学院院士博尔绍夫:现代信息技术为核电站安全应急带来新机遇

4月24日,塔斯社消息,在塔斯社举办的切尔诺贝利事故40周年新闻发布会上,俄罗斯科学院院士、俄罗斯科学院核能安全发展问题研究所(IBRAE)科学主任列昂尼德·博尔绍夫表示,现代信息技术为应急响应和保障核电站机组安全开辟了新的机遇。博尔绍夫指出,他们与负责核电站运行的全俄原子能科学研究院(VNIIAES)联合开发的产品,能够实时甚至超实时地分析从正常运行到紧急情况乃至严重事故的各种数据场景,并制定措施预防不利情况发生。据这位院士解释,... 2026-04-26

ATLAS合作组在希格斯玻色子研究上取得新进展

粒子物理学中,希格斯玻色子如何与自身相互作用的自耦合现象,是最大的未解之谜之一,它或许能解释早期宇宙演化及基本粒子质量来源机制。为揭示这种基本相互作用,ATLAS合作组近期对一对希格斯玻色子的黄金衰变通道之一展开研究,即一个希格斯玻色子衰变为两个光子,另一个衰变为一对底夸克。图中展示了一对希格斯玻色子的碰撞候选事件,其中一个玻色子衰变为两个光子,另一个衰变为一对底夸克。源自底夸克的两个粒子喷注用青色圆锥表示,两个光子用... 2026-04-23

俄罗斯国家原子能公司总经理在联合国青年论坛谈核合作实践

俄罗斯国家原子能公司总经理阿列克谢·利哈乔夫通过视频连线,向在纽约联合国总部举行的联合国经济及社会理事会青年论坛(ECOSOC - 2026)与会者发表讲话。此次演讲是从原则到实践:青年核合作宣言对实现联合国可持续发展目标的贡献特别会议的一部分。该活动由俄罗斯联邦和金砖国家青年能源署支持,主题为将宣言原则转化为改变世界的切实行动。俄罗斯联邦常驻联合国副代表德米特里·丘马科夫、金砖国家青年能源署主席亚历山大·科尔米申以... 2026-04-21

中核集团首席科学家、中国原子能科学研究院副总工程师张天爵:自主研发230MeV超导回旋加速器,助力实现高水平科技自立自强

2026年4月9日,中核集团首席科学家、中国原子能科学研究院副总工程师张天爵在核工业学院作专题学术报告时指出,超紧凑、高能效、高流强、高精度的超导回旋加速器是实现高水平科技自立自强的关键核心技术之一,在国防安全与经济社会领域具有广阔应用前景。张天爵表示,发展此类重大科技基础设施,既是响应国家加强原始创新和关键核心技术攻关战略部署的必然要求,也是支撑我国核工业高质量发展的重要基石。在国防科技领域,该技术可为重大航天工程... 2026-04-12

阅读排行榜