中科院合肥物质科学研究院披露消息:我国自主打造的聚变堆环向场超导磁体,全流程研制完毕并顺利通过验收,核心构成部件实现100%国产化。这个磁体的体积有多大呢?长21米、宽12米、高3.3米,整体重量达到582吨。
582吨是什么概念?大约相当于300辆小型汽车叠放摞起来的"甜甜圈"形状的铁质块头。这是目前全球尺寸最大的聚变堆超导磁体,当之无愧是第一。
●♦先说明白:什么是"人造太阳"?
不少人听闻"人造太阳",其实并不了解它具体的作用。简单来讲:太阳之所以能够持续发光发热,是因为其内部氢原子在极端高温高压状态下面发生聚变,进而释放出庞大能量。核聚变技术,就是人类试图在地球上复制这一过程。
燃料是什么?氘和氚。氘可以从海水中提取,仅是1升海水里的氘进行聚变,释放的能量就抵得上300升汽油。地球上的海水足够支撑核聚变利用几十亿年。反应过程是否会产生核污染?可以明确地说没有。核聚变不会像核裂变那样产生长寿命放射性废料,也不会发生堆芯熔毁事故……反应条件极为苛刻,若有任何一点失控,反应会立刻停止。
核聚变被誉为"终极能源":燃料无穷无尽,反应过程清洁安全,能量密度极高。谁能掌握可控核聚变技术,谁就掌握了未来几千年的能源命脉。
●♦为何难度如此高?
道理看似简单,实践起来却极难。太阳内部温度高达1500万度,依靠强大引力约束等离子体。在地球上不具备这种引力条件,必须另辟蹊径。
目前主流方案是"托卡马克"装置……该装置采用环形真空室,外部缠绕超导磁体,产生强磁场来约束上亿摄氏度的等离子体。
上亿摄氏度的温度意味着什么?钢铁材料早已多次气化。任何实体材料一旦接触等离子体,会瞬间被熔穿。必须通过磁场将等离子体"托住",使其悬浮在真空中不触及任何容器壁面。这种方式如同魔法,又似用无形的缰绳驾驭狂暴的野兽。这根"缰绳"必须足够强韧、稳定且永不断裂。此次研发的超导磁体,正是这根关键"缰绳"。
●♦这次突破的关键点是什么?
此次通过验收的环向场磁体,是托卡马克装置中极为重要的部件之一。它的主要作用是产生环向磁场,约束等离子体沿环形轨道运行,防止高能粒子轰击真空室壁面。制造难度大吗?来具体说说。
■材料难关。超导材料需要在极低温环境下运行,同时承受强磁场、高电流及巨大机械应力。过去这类特种超导材料一直被欧美日企业垄断,国内难以获取高端产品或面临天价采购。此次磁体所用的特种不锈钢、绝缘材料、超导材料,全部实现国产,100%自主可控。
■尺寸挑战。该磁体长21米、宽12米、高3.3米,其体积为国际热核聚变实验堆(ITER)同型号磁体的1.3倍,储能容量达到对方的3倍。尺寸越大,加工精度要求就越高。任何微小缺陷,在强磁场和极低温环境下都会被显著放大,导致磁体失效。
■磁场强度试验。16个同等磁体组合成环形后,运行电流达100千安,在中心产生6.5特斯拉的磁场。6.5特斯拉的强度非常惊人?医院核磁共振的磁场强度通常在1.5到3特斯拉之间,这相当于两三个核磁共振叠加后的强度,需要在一个几十米大的环形空间内均匀分布,对均匀性要求极高。从设计、预研、制造到测试,科研团队历时整整6年。
成果如何?各项性能指标超越国际同类产品,全球尺寸最大、储能最高的全超导磁体,目前诞生于中国。
●♦不止是这一个。
另一套核心部件也传来喜讯。高温超导中心螺管线圈磁体,完成满工况参数测试。这个磁体的功能是感应、驱动等离子体电流,并动态调节等离子体的约束形态。如果说环向场磁体是"笼子",那这个螺管线圈就是"缰绳",负责控制等离子体的运动状态。
实测数据:稳定载流60千安,储能6.03兆焦,核心性能达到国际领先水平。同样,从超导材料、结构设计到成套制备工艺,全部实现国产化。两套核心超导磁体同日通过验收,证实我国在聚变堆关键系统上,已成功打通从材料到部件的全链条研发能力。
全球核聚变研究已持续数十载,目前最大的国际合作项目是ITER(国际热核聚变实验堆),位于法国南部,由中美欧日韩俄印七国共同参与。
但ITER进展缓慢,预算多次大幅超支,完工时间一再推迟,目前预计最早要到2035年才能开展氘氚聚变实验。
中国方面,除了参与ITER,也在并行推进自身的聚变工程化路线。此次通过验收的磁体,属于"聚变堆主机关键系统综合研究设施"(CRAFT),是为未来中国聚变工程实验堆(CFETR)提供技术准备和工程验证的。
实际上,我们不仅在进行实验,更是在为真正的聚变发电站铺就道路。
2026年被业界定义为"核聚变工程化元年"。国内在建、规划的聚变装置总投资规模已突破1400亿元。多家科研院所集中启动设备招标,超导材料、真空腔体、偏滤器等核心部件订单批量下达。从实验室走向工程化,从科研转向产业化,这一步已经迈出。
●♦距离目标还有多远?
坦白说,可控核聚变距离商业化发电仍有距离。业内普遍预测,要到2035年左右才能建成示范电站,真正实现商业化发电或许需要等到2040年以后。
但这并不意味着当前突破毫无意义。每一次关键部件的国产化,都在缩短这一距离。从曾被技术封锁,到100%自主研制;从跟跑,到部分指标领跑;从实验室微型装置,到582吨巨型磁体……这条道路已走过数十年,每一步都至关重要。终极能源的竞争,才刚刚拉开序幕。

















