[Science Scope] 22分钟 vs 1亿度…人造太阳霸权之争，谁能率先让“太阳”落地

by Kim Jonghwa

Published 14 May.2026 06:30(KST)

法国、中国挑战“时间”极限，韩国死守“绝对温度”……通往商业化的关键转折点

编者注“Science Scope”专栏，正如“Scope（瞄准镜）”一词本身的含义，是将特定科学现象放大、细致审视，敏锐捕捉并进行深度解析的报道。

国际热核聚变实验堆（ITER）托卡马克内部结构的概念剖面图。中央明亮发光区域为超高温等离子体，强大的超导磁体将其悬浮并约束在空中。与下方站立的人相比，可以直观感受该装置的庞大尺度。国际热核聚变实验堆组织 ITER Organization 供图

今年，法国将等离子体维持了22分钟，中国则突破了1000秒大关。韩国同样在从2024年末到2025年初进行的实验中，创下了在“1亿度等离子体”这一核聚变核心关口上维持时间最长的纪录。

近期占据全球主要媒体科学版面的这些数字，成为核聚变走出实验室阶段、迈入商业化竞争的里程碑。

目前，核聚变已成为美国、欧洲、中国、韩国等主要大国围绕本国能源安全和未来产业主导权展开的“能源霸权战争”最前线。归根结底，核聚变竞争不再只是单纯的科学实验，而是在向未来电网、半导体、氢能、航天产业等全面延伸的下一代产业霸权之争扩展。

[Science Scope] 22分钟 vs 1亿度…人造太阳霸权之争，谁能率先让“太阳”落地

为什么是1亿度？人造太阳必须跨过的第一道关

核聚变是在人类地球上再现太阳产生能量原理的技术。氢的同位素——氘和氚在超高温状态下发生聚变，转变为氦的过程中释放出巨大的能量。

在这一过程中几乎不产生碳排放，而且燃料在海水中极为丰富。从理论上说，只要利用海水中的氘，就能获得巨量能源。人们常打比方称，1升海水蕴含的潜在能量，相当于数百升汽油。

但地球不是太阳。太阳内部有巨大的引力压迫，即便在约1500万摄氏度时也能发生核聚变；而引力较弱的地球上，就需要用极端高温来代替这种压力，其标准就是“1亿度等离子体”。这意味着核聚变反应要想稳定持续，实际上必须达到的临界温度区间。

考虑到铁在约1500度时会熔化，而太阳表面温度也只有约6000度，1亿度等离子体几乎可以视为地球上可实现的最极端热环境。

只有达到这一温度，原子核才能克服彼此之间的静电斥力，相互碰撞并发生聚变。核聚变本质上是一种在超高温下，强行让彼此排斥的原子核发生碰撞的技术。

在1亿度时，物质会变成电子脱离的“等离子体”状态。问题在于，如何尽可能稳定地约束并控制这团炽热的等离子体。这正是决定人造太阳技术成败的关键所在。

用“磁场牢笼”困住无容器之火：托卡马克

地球上不存在任何能盛装1亿度等离子体的物理材料，因为任何金属一旦接近这一温度，都会瞬间汽化。为解决这一难题，科学家构思出利用强大磁场将等离子体悬浮并约束在空中的方法。

这一装置就是甜甜圈形的“托卡马克（Tokamak）”。等离子体在超导磁体产生的磁场通道内以螺旋形循环运动，而不会接触到壁面。

法国原子能与替代能源署（CEA）研究员Rémi Dumont表示：“核聚变不仅仅是制造火焰的技术，而是用数亿条磁力线把这团火捆绑起来，让它悬浮在空中，并在长时间内加以驯服的高端控制技术。”

要想实现核聚变商业化，必须同时满足三个条件：等离子体的密度、温度和维持时间。物理学上将其称为“Lawson条件（Lawson criterion）”。

与Lawson条件一起，被国际核聚变学界视为最终标准的指标是“Q值（能量增益系数）”。它等于通过核聚变获得的能量除以投入的能量。例如，Q=1意味着核聚变获得的能量与投入能量相同，Q=10则意味着产出是投入的10倍。

一般认为，Q大于1即可实现净能量产出，Q达到10以上则可被视为进入商业发电阶段。目前大多数托卡马克装置尚未跨过Q=1这道门槛。

法国WEST vs 中国EAST……1337秒 vs 1066秒

法国CEA的WEST（Tungsten Environment in Steady-state Tokamak）今年2月将等离子体维持了1337秒（22分17秒），震惊全球。这一成果表明，其冷却系统和内壁材料能够承受长时间的热负荷，是一项重要的工程突破。

法国原子能与替代能源署 CEA 的 WEST 托卡马克内部景象。研究人员正在检查钨内壁结构。WEST 将等离子体维持了超过 22 分钟，证明了长时间核聚变运行的可行性。法国原子能与替代能源署 CEA 供图

WEST这一成果之所以格外引人注目，是因为它是在内部壁面全部更换为钨之后取得的记录。此前主要使用碳材料，但碳具有吸收氢的特性，不利于长时间运行。相反，钨虽然耐超高温，却会在与等离子体相互作用过程中产生杂质，从而增加控制难度。

CEA研究团队评价称：“这一纪录证明了未来核聚变电站所需的长时间运行控制能力已经实现了一个台阶的提升。”

中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）的EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）在“时间”纪录方面同样独树一帜。EAST今年1月将高性能模式（H模）等离子体维持了1066秒，开启了1000秒时代。

中国的战略，是投入巨额资金和人力，率先占据长时间运行数据的制高点。EAST运行负责人Gong Xianzu强调：“未来核聚变电站的关键在于长时间稳定运行，我们正集中力量积累这方面的数据。”

中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）的核聚变装置EAST（全超导托卡马克核聚变实验装置）全景。中国正通过EAST将等离子体维持时间延长至1000秒以上，加快获取长时间运行数据的竞争步伐。中国科学院等离子体物理研究所（ASIPP）供图

韩国KSTAR：跨过“1亿度”壁垒的技术强国

相较之下，韩国的KSTAR（Korea Superconducting Tokamak Advanced Research）被认为在“技术难度的质量”上处于世界顶尖水平。KSTAR在从2024年末到2025年初进行的实验中，在钨偏滤器环境下成功将1亿度等离子体维持了48秒。

从物理上看，在5000万度下维持数十分钟，远比在1亿度下维持数十秒容易得多。温度越高，等离子体粒子的运动就越剧烈，用来约束它们的磁场也越容易被扰动。在这一过程中，等离子体的湍流和不稳定性会呈指数级增加。

这被视为韩国在超高温等离子体控制技术方面已处于世界领先水平的证明。韩国核聚变能源研究院KSTAR研究本部部长Yoon Siwoo表示：“稳定控制1亿度以上超高温等离子体的能力，正是决定商业发电经济性的核心。”

韩国目前正将偏滤器更换为钨材，向“1亿度维持300秒”这一下一阶段目标迈进。300秒被视为等离子体实现完全稳定化的重要物理分水岭。

韩国核聚变能源研究院 KFE 的 KSTAR 核聚变装置全景。KSTAR 在超高温等离子体控制技术领域创造了世界顶级水平的成果。韩国核聚变能源研究院供图

另一条战线与“决赛舞台”：激光核聚变与ITER描绘的未来

与此同时，在美国，一种完全不同路径的核聚变已经树立了“历史性里程碑”。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）下属的国家点火装置（National Ignition Facility，NIF）在2022年的激光核聚变实验中，首次实现了产出能量超过输入能量。这是人类历史上首次实现“点火（ignition）”。

不过，这种方式更接近瞬时能量释放，要将其转化为连续的电力生产，仍存在相当大的技术差距。

目前被视为核聚变研究“最终试金石”的，是正在法国卡达拉舍建设的国际热核聚变实验堆（ITER）。这是一个由美国、欧洲、中国、韩国、日本、印度和俄罗斯共同参与的超大型项目。ITER是商业核聚变电站（DEMO）之前阶段的关键验证平台。

ITER的目标是实现“Q=10”，即通过核聚变产生的能量达到投入能量的10倍。一旦成功，核聚变将从一种“可能性”跃升为“现实”的能源产业形态。