核聚變發電是人類歷史的里程碑

一、核聚變發電真正實踐還需多久?

   最近外媒報導，德國將豪擲20億歐元建造世界首座核聚變發電站，這顯然是吹噓，因為核聚變研製耗費鉅大，顯然20億歐元不夠，其次，德國在核聚變研究上不如中美先進。根據德國方案，到 2029 年，德國將向該領域累計投入超 20 億歐元用於資助相關研究。德國研究與技術部長多蘿西・貝爾稱“未來的能源應安全、環保、氣候友好，且讓所有人都負擔得起。“她認為，核聚變有望成為滿足未來能源需求的關鍵技術。核聚變發電即所謂「人造太陽」是人類文明史的里程碑，以往大家都認為核聚變發電是遙不可及的事，但現在已有跡象可能走向現實，且以中美兩國為領頭羊。在25屆中國國際工業博覽會上，中國聚變能源公司首次亮相，該公司瞄準2050年聚變能源商用目標。中國聚變公司將在上海新建一個聚變實驗裝置，用以驗證其在上海研製的高溫超導磁體，該裝置暫命名為「中國環流四號（HL-4）」。中國正迅速掌控核融合產業的供應鏈，想比美國先把這項技術變成真正的電力。中國科學院院士張傑表示，中國正在研發一種雷射核融合，加熱效率比美國同類技術高了30倍，發電成本預計將降至每兆瓦時25美元左右，預計到2045年中國電價僅為美國的一半。張傑院士認為，核聚變帶來的改變將「超越迄今為止所有三次工業革命影響的總和」。

   搞核融合已經不是“科研”，而是“國運”。中國已將核融合納入“未來產業十大工程”，2030年前計劃投入超3000億元。中國科學院和中核集團是兩大主力，一個主攻基礎研究，一個負責工程攻堅。其中，中科院的EAST（東方超環）裝置，創下了「1億攝氏度1066秒」的長脈衝高約束模運行界紀錄，為聚變堆穩態運行提供了關鍵驗證。中核集團的「中國環流三號」裝置，則實現了「雙億度」運作等重大突破。2025年7月，中核集團直屬的聚變商業化平台──中國聚變能源有限公司（CFEC）正式成立。它的任務是把實驗成果變成能發電的商業產品。CFEC畫下了一條清晰的路線圖——以託卡馬克技術為主，按照實驗堆、示範堆、商用堆“三步走”，最終讓聚變能走進千家萬戶。更重要的是，以前各研究所單打獨鬥，現在有了CFEC這個“專業總包工頭”，從技術、設備到找錢、運營，全部打包管理，效率直接拉滿。作為聚變工程「三步驟」策略的重要組成部分，緊湊型聚變能實驗裝置BEST在今年3月首塊頂板順利澆築，到了5月就開啟工程總裝，較原計劃提前兩個月。10月1日，BEST建造又取得關鍵突破，杜瓦底座成功完成吊裝，正式進入主機組裝的全新階段。這個BEST裝置的目標很明確：首次在國際上驗證演示核融合發電，並在2030年透過核融合發電點亮第一盞燈。

二、中國的民企雖然起步晚，但跑得很快。

    2021年才成立的“能量奇點”，是中國第一家搞核融合的民營公司。它的目標是2025年建造實驗裝置，2030年前要示範發電。2024年它就真的造出了全球首個全高溫超導託卡馬克裝置「洪荒70」。還有像「星環聚能」「瀚海聚能」這樣的公司，則選擇了與主流託卡馬克不同的技術路線，例如選擇了球形託卡馬克、場反位形等小眾路線。典型的換道超車，賭的就是成本和效率。核聚變發電突然快起來有三大動力。首先是來自人工智慧(AI)所產生的龐大電力需求。AI發展很快但太耗電，訓練一個大模型消耗的電能可使一個小城市用幾年。遍佈全球的資料中心，正是這樣一群24小時不間斷運轉的「吃電老虎」。水電成本雖然低，但受地理和季節的嚴重限制。風能太陽能雖然好，但穩定性不夠。火電雖然穩定，但溫室效應嚴重。核聚變發電沒有污染，是最便宜、最豐富、最可靠的能源。第二個動力是技術的突破，其中最關鍵的就是高溫超導材料的成熟。為了達到聚變條件，傳統的託卡馬克變成了一個個耗資數百億、建造週期長達數十年的「巨無霸」。而如今，新一代高溫超導材料改變了這個局面。第三個動力是錢和政策，國際原子能總署（IAEA）預測，2030年全球可控核融合市場規模可望達到4,965億美元，2050年或突破兆美元。美媒CNBC報導，中國和美國正競相成為發展核聚變能源的國家，而中國每年投在核聚變的資金是美國的兩倍。

    根據核聚變顧問機構Fusion Energy Base的統計，截至2025年7月，美國聚變公司累計吸引了約62.8億美元投資，中國公司累計吸引了約27.9億美元投資，二者遠超過所有其他國家。資金的加速湧入，帶來了高效率的商業思維、明確的節點和緊迫的時間表，改變了以往不緊不慢的科研節奏。三個動力為核聚變注入了強大動能，雖然困難還是很多，但核聚變已從空想走進了計劃書，成了實實在在要完成的任務。中國的BEST裝置預計2027年底建成，並計畫在2030年實現首次聚變發電展示。核聚變能產生無限的清潔能源相當於人造太陽，中國工程物理研究院彭先覺院士曾預測中國將很快實現核聚變發電。核聚變通過模仿太陽內部發生的自然核聚變來提供無盡的能量。由於需要極高的溫度和在反應堆核心上包含等離子體的複雜性，到目前為止，核聚變發電並未成功。要實現聚變點火很難！核聚變點火有兩種，一種是激光點火，利用高頻脈衝的極光輸出來點燃核聚變燃料小球，但這需要性能極高的儲能設施比如高性能電容與激光來驅動。另一種是磁約束等離子體核聚變，這種是利用磁場約束極端高溫的氘氚等離子體來讓其中的氘核和氚核聚變，不僅需要不斷對等離子體提供加熱，還需要長時間約束它。儘管聚變發電已露出一點曙光，多項技術上獲得突破，但難度仍然很大。

三、中國計劃2031年建成世界第一個聚變裂變反應堆

   依據亞洲時報報導，中國江西省將斥資27億美元興建一座聚變+裂變核能發電廠，目標是持續發電100MW。聯創超導公司與中核融合設計研究院協議建造一座聚變+裂變反應器，該型反應堆建在江西的原因是因為江西盛產銅礦，銅是製造超導材料的關鍵金屬，高溫超導磁體未來將普遍用於融合反應堆。該計畫具有重大的國家戰略意義，也是贏得全球能源競爭的關鍵。此項史無前例的混合核能發電廠如果照計劃建設和運營，將使中國成為全球核能的領導者。中國正在爭取2031年前啟動世界上第一個聚變+裂變反應堆，這將使中國的尖端核能發電處於全球領先地位。該設施的正式名稱為星火高溫超導反應堆，計劃耗資27.6億美元，這與中國建造傳統核電站的成本相當。在磁約束聚變中，等離子體粒子（氘和氚——氫的同位素）在托卡馬克的磁場中流動和熔化，江西電子公司建造的設備與托卡馬克類似，但快中子將撞擊並分裂鈾238或釷232。

   在物理上，核裂變或核聚變都能放出巨大能量，核聚變是全世界能源發展的前沿方向，關係著人類文明是否能延續。核聚變產生方式目前主要有二種:(1)慣性約束核聚變:用激光照射含有微量氘氚元素的直徑數毫米小球，使球溫度升高至數億度，內部的氣體變成高溫等離子態。在反沖作用力下元素被壓縮到極高密度後產生熱核聚變，如此連續照射可持續產生大量的聚變能(2)磁約束核聚變:在一個封閉環境內將氣體加熱到數億度讓原子核發生聚變反應。沒有任何材料可製造成容器壁來容納數億度的高溫，那麼製造一個強磁場讓超高溫等離子體約束在一定空間內環繞磁場高速運轉。在聚變+裂變混合反應器中，聚變反應產生的高能量中子被可裂變材料的「毯子」吸收，並在那裡引發裂變反應。最受青睞的綜合燃料是豐富的同位素鈾238 或釷232。混合反應堆的優點是每個聚變中子可以觸發多個裂變事件使釋放能量倍增，這降低了對聚變反應器的需求，聚變反應器不再需要產生淨能量，這使得混合聚變-裂變發電廠原則上比「純」聚變發電廠更容易實現。2008年，中國工程物理研究院彭先覺及其團隊指出，傳統的聚變裂變混合問題可以透過使用Z箍縮驅動聚變裂變混合反應器（Z-FFR）來解決。Z箍縮或 zeta 箍縮反應器使用巨大的電流脈衝來產生壓縮等離子體的磁場。彭在2022年9月表示，中國計劃建造一台5000萬安培的Z型夾壓機，將於2025年投入試驗使用，這台位於成都的機器將是世界上最大的。。