我国可控核聚变技术实现“双亿度”重大进展

2025 年 3 月，我国新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现电子温度及原子核温度均突破上亿摄氏度的“双亿度”等离子体运行，标志着中国可控核聚变研究正式迈入燃烧实验阶段，跻身国际前列。该突破使我国在追求“终极清洁能源”的道路上取得关键进展。

作为人类追求的"终极能源梦想"，可控核聚变的能量产生原理与太阳发光发热类似，都是通过氢原子核在超高温高压下聚合成氦，释放巨大能量。相较于当前核电站采用的核裂变技术，核聚变具有能量释放更巨大、燃料资源更丰富、产物更清洁安全等突出优势。

技术挑战

1、等离子体稳定性

要实现可控核聚变，必须维持超高温、超高压的等离子体稳定运行。目前，我国 EAST装置的等离子体最长运行时间仅在千秒量级，而商用堆需保持数天甚至数月的稳定燃烧，这对等离子体控制能力提出了极高要求。

2、燃料循环与材料耐受性

聚变反应产生的氦灰会稀释燃料浓度，影响反应效率，需开发高效排灰技术。同时，聚变中子能量高，对反应堆第一壁材料造成晶格损伤、辐照肿胀与脆化，现有材料难以满足商用堆长达数十年的服役寿命。

3、氚燃料自持难题

氚作为核聚变主要燃料之一，地球储量有限，需通过中子轰击锂包层生成。然而，目前的增殖效率不足，且氚在反应堆中易被材料吸附或泄漏，对燃料循环系统提出更高要求。

4、极端真空环境要求

受控核聚变反应要求燃料混合物极其纯净，反应室必须抽真空到比标准大气压低至少一千万倍的程度。

不可或缺的真空技术

可控核聚变反应所要求的超低腔室压力，需要特殊的低温泵。这些泵内部由液氮冷却，在极低温度下运行，气体会在运动部件上凝结成液体，然后被排出腔室。

通常，核聚变装置要求真空度在 10⁻⁷～10⁻⁹Pa 范围内。如果直接将反应堆内部稀薄的气体排入大气，即使是低温泵也会面临过大的压差，因此通常会使用一个第二级增压泵来辅助低温泵。

像 ITER 和 W7-X 这样的大型实验，在任何热核反应发生之前，都会先运行纯氦等离子体来调节真空容器，并为一切做好准备。

真空技术成为在地球上所有实现核聚变的技术方法中不可或缺的角色。它不仅创造了聚变反应的等离子体环境，还维持了这一状态。

Busch Group 旗下的两大品牌——Busch 普旭和 Pfeiffer 普发多年来一直是多个重大国际核聚变项目的合作伙伴。

此外，Pfeiffer 普发还是国际核聚变工业协会（FIA）的活跃成员，这个协会聚集了全球核聚变行业的企业，包括普旭集团在内的众多真空技术公司还积极支持企业研发核聚变能源生产的替代方法。

中国可控核聚变的未来发展令人期待。CFETR（中国聚变工程试验反应堆）有望填补 ITER 与商业堆之间的空白，计划于 2035 年前完成建设，并于 2050 年开展试验。

计划到 2025 年底，我国聚变堆主机关键系统综合研究设施将全面建成，成为国际聚变领域参数最高、功能最完备的综合性研究及测试平台。

据行业预测，若核聚变完全商业化，到 2050 年可控核聚变行业将成为一个至少 1 万亿美元的市场。超导磁体作为磁约束聚变装置的核心部件，潜在市场规模超千亿美元。

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责任编辑：kj015

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