中核集團8月26日發布消息稱，8月25日下午，新一代人造太陽“中國環流三號”取得重大科研進展，首次實現100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，再次刷新我國磁約束聚變裝置運行紀錄，突破了等離子體大電流高約束模式運行控制、高功率加熱系統注入耦合、先進偏濾器位形控制等關鍵技術難題，是我國核聚變能開發進程中的重要里程碑，標志著我國磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運行邁出重要一步。

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近年來，核聚變技術取得重大突破的消息不斷傳來，此次突破也意味著核聚變距離技術成熟又近了一步。那么，人造太陽離我們還有多遠呢？廈門大學中國能源政策研究院院長林伯強對記者表示，雖然在技術上取得了突破，但從實驗室到建設核電站的過程中充滿了不確定性，核聚變離真正的商業運行還是很遠。

目前，A股有多家人造太陽概念股，該消息公布后，相關概念股可能會受到關注。

什么是核聚變

簡單來講，核聚變反應的本質是原子核合并。以最容易實現的氘氚聚變為例，在一定條件下，一個氘核(由一個質子一個中子組成)和一個氚核(由一個質子和二個中子組成)會發生聚變核反應，生成一個氦核(二個質子和二個中子組成)，并放出一個中子。與此同時，融合時的質量損失會釋放出巨大的能量。

在宇宙間，太陽就是最大的核聚變反應裝置，其內核中無休無止的氫聚變成氦的過程，為地球帶來了光能和熱能。

在20世紀50年代，不可控的氘氚聚變反應已經實現，也就是利用原子彈提供高溫高壓而實現的氫彈爆炸。然而，若要將聚變時放出的巨大能量作為社會生產和人類生活的能源，則必須對劇烈的聚變核反應加以控制，這就是科學家們正在攻克的可控核聚變。

基于反應原理。核聚變具有能量密度高、原料來源廣泛和安全性高幾大優點。

核聚變的能量密度非常大，遠遠大于煤、石油和天然氣等傳統能源。1991年，歐洲聯合環型核裂變裝置成功進行了首次氘-氚受控核聚變試驗，核聚變比核裂變產生的能量效應要高達600倍，比煤高1000萬倍。根據國信證券測算，1克氘氚氣體聚變產生的能量約等于5克鈾235裂變或18噸5500大卡煤炭燃燒所釋放的能量。

而氘可以通過提取并電解海水中的重水獲得，氚可以通過熱中子轟擊鋰6原子得到，并且海洋中的氘含量可以保證人類上百億年的能源消費。資料顯示，海水中氘的含量為十萬分之三，即1升海水中含有0.03克氘，這0.03克氘聚變時釋放出的能量等于300升汽油燃燒的能量。據國信證券的簡單測算，氘氚聚變的燃料成本非常低，約為0.0050元/kWh。

相對傳統核電站所用的核裂變反應，核聚變是真正的清潔能源，其安全性不取決于人的管理。從物理規律來看，核聚變不會產生放射性廢物，聚變反應也可通過停止燃料供應來中斷，不存在熔毀風險。

然而，核聚變反應的條件十分苛刻。首先，原子核聚合需要上億度的反應溫度。在高溫下，反應原料會變成等離子體狀態，即帶正電的離子和帶負電的電子混合在一起的狀態。因此，還需要容納反應原料并約束等離子體的裝置。

目前，磁約束是主要的研究方向，托卡馬克裝置（俄語“磁線圈環形真空室”的縮寫）成熟度較高。根據聚變堆約束等離子體的方式可將可控核聚變分為磁約束、慣性約束和重力約束，目前以能源為目的的研究主要聚焦于磁約束方向。作為磁約束的典型裝置，環形托卡馬克被認為是最有可能實現可控核聚變的裝置。此外，球型托卡馬克主要用于基礎物理研究。

據了解，核聚變功率的提升與磁約束性能、中心磁場強度和裝置圓環半徑有關。除此之外，高溫超導材料、AI均能助力核聚變功率提升。

目前世界規模最大的試驗堆是多國合作的ITER項目，最新預期2029年完工。我國最主要的兩個聚變試驗堆分別是HL-2M（中國環流器二號M）和EAST（全超導托卡馬克核聚變實驗裝置），已取得1MA等離子體電流、1億度等離子體溫度和1000秒等離子體約束時間等多項成果。此外，CFETR（中國聚變工程實驗堆）項目正在建設，其中二期項目規劃達到1GW功率，能量增益因子達到10，預計2035年建成。

國家能源安全關鍵科技變量

可控核聚變是我國核能發展“熱堆—快堆—聚變堆”三步走戰略體系的重要組成部分，是解決國家能源需求、助推“雙碳”目標實現、促進能源新體系構建和保障國家能源安全的關鍵科技變量。

為實現聚變能源，需要提升等離子體綜合參數至聚變點火條件。磁約束核聚變中的高約束模式（H模）是一種典型的先進運行模式，被選為正在建造的國際熱核聚變試驗堆（ITER）的標準運行模式，能夠有效提升等離子體整體約束性能，提升未來聚變堆的經濟性，相較于普通的運行模式，其等離子體綜合參數可提升數倍。

在實現百萬安培等離子體電流高約束模式運行的基礎上，新一代人造太陽“中國環流三號”團隊，將進一步發展高功率加熱和電流驅動、等離子體先進運行控制等核心技術，實現堆芯級等離子體運行，研究前沿聚變物理，為我國開展聚變燃燒實驗、自主建造聚變堆奠定基礎。

圖片來源：中核集團

從1984年至今，中國環流器裝置已歷經三代。資料顯示，2020年12月4日，由核工業西南物理研究院自主設計、建造的中國環流三號裝置建成并實現首次放電。一小杯氫核燃料可以滿足一座住宅幾百年的電力需求。

理論上來說，需要將材料加熱到上億度并且維持一個巨大的磁場需要消耗巨大能量。只有在核聚變產生的能量大于消耗的能量時，也就是能量增益因子Q大于1時，核聚變才能自發的進行下去，即完成點火，才有額外的能量可以轉化為電能，真正具有實用價值。

根據國際原子能機構數據，在過去50年的聚變實驗中，聚變裝置的性能已提高了10萬倍，但要達到發電廠所需的性能水平，還需要進一步提高。ITER的目標之一是最終產生并保持Q值為5，Q值為5代表等離子體自行維持核聚變反應的臨界閾值。

換句話說，即使在實驗室中，現有技術也還未達到發電條件。

廈門大學中國能源政策研究院院長林伯強對記者表示，技術上的突破確實很重要，但從實驗室、現實試驗、設計電站到建設電站，每一步都需要很久。以中國現有的兩個第三代核電站為例，在技術成熟、設計圖紙完善、只需建設并發電的情況下，也建設了將近十年。在這期間，德國核電已隨著最后三座核電站停止運行，于今年4月15日起歸零。

時間長、風險大、成本未知，這是核聚變發電的現實問題，但這不意味著核電沒有成功的可能。林伯強表示，如若成功建成，核聚變電站將成為我國第四代或第五代核電站，成為能源體系中的重要一員。

相關概念股或受關注

中金公司日前的研報顯示，全球范圍內從事商業化聚變堆探索的企業數量已經達到43家，吸引到風投投資金額不斷攀升。截至2023年初，全球聚變公司累計吸引超過 60 億美元投資。國內包括能量奇點、星環聚能等初創公司同樣開啟了我國商業化聚變堆的嘗試，并且成功獲取風險資本投資。機構認為相關投資有望快速轉化為對上游的采購訂單，從而拉動聚變產業鏈需求放量。

國信證券研報指出，聚變產業鏈覆蓋廣，投資機會比較豐富。聚變產業鏈上游覆蓋有色金屬(鎢、銅等)、特種鋼材、特種氣體(氘、氚)等原料供應;中游覆蓋聚變技術研發、裝備制造(第一壁、偏濾器、蒸汽發生器、超導磁線圈等組件)及仿真、控制軟件的開發;下游覆蓋聚變機組的運營。聚變產業鏈覆蓋范圍較廣，存在較多優質投資機會。

從市場來看，國機重裝、東方電氣、中國核建、太鋼不銹、上海電氣、久立特材、安泰科技、保變電氣和西部超導等核聚變概念股或會受到關注。其中，久立特材是ITER中國工作組導體鎧甲供貨商，安泰科技是EAST大科學工程裝置兼ITER鎢銅復合部件供應商。不過核聚變相關上市公司，很多家只是概念股，存在不確定的發展和炒作風險。

作為面向國家重大需求的前沿顛覆性技術，可控核聚變具有資源豐富、環境友好、固有安全等突出優勢，是目前已知的能夠最終解決人類能源問題的重要途徑之一。技術的突破帶給人希望，路途雖遠，行則將至，也許小型核聚變電站的建設運行未來將會實現。

（文章來源：華夏時報）

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