引言：能源變革的曙光

2025年1月20日，我國被譽為“人造太陽”的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）成功突破“億度千秒”大關，實現上億攝氏度1066秒穩態長脈沖高約束模式等離子體運行，創造了新的世界紀錄！

在全球能源需求日益增長，傳統能源面臨枯竭與環境壓力的雙重困境下，尋找可持續、清潔且高效的能源解決方案已成為全人類共同的緊迫任務。核聚變能源，作為一種近乎取之不盡、用之不竭的清潔能源，正逐漸成為全球能源領域的焦點。中國，在這一關乎人類未來能源走向的賽道上，提出了一項宏偉且極具戰略意義的計劃：在 2030 年前利用人造太陽實現 “燒開水”，即通過核聚變產生能量轉化為電能。

人造太陽，并非真正意義上創造一個新的太陽，而是科學家們依據太陽發光發熱的原理，在地球上構建的一種特殊裝置，旨在模擬太陽內部的核聚變反應。太陽內部時刻進行著氫原子核聚變成氦原子核的反應，在這個過程中，會釋放出難以想象的巨大能量，正是這些能量，以光和熱的形式滋養著地球上的萬物。而人造太陽的核心目標，就是實現對核聚變反應的有效控制，讓這種強大的能量能夠穩定、持續地為人類所用，從而徹底解決人類面臨的能源難題，深刻改變全球能源格局。

一、“人造太陽” 是什么

“人造太陽” 的正式名稱是全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST） ，它是一種通過可控核聚變反應來產生能量的實驗裝置，運行原理是在裝置的真空室內加入少量氫的同位素氘或氚，通過類似變壓器的原理使其產生等離子體，然后提高其密度、溫度使其發生聚變反應，反應過程中會產生巨大的能量。核聚變反應是指兩個輕原子核，如氫的同位素氘和氚，在極高的溫度和壓力下結合成一個重原子核，如氦，并在此過程中釋放出大量能量。這一過程與傳統能源的產生方式有著本質區別。

傳統化石能源，如煤炭、石油和天然氣，是通過燃燒化石燃料，使其中的化學能轉化為熱能，進而通過蒸汽輪機等設備轉化為電能。然而，這些化石能源不僅儲量有限，屬于不可再生資源，隨著不斷開采和使用，正面臨著日益枯竭的困境，而且在燃燒過程中會釋放大量的二氧化碳、二氧化硫等污染物，對環境造成嚴重的破壞，是導致全球氣候變暖、酸雨等環境問題的重要因素 。

相比之下，核聚變能源具有諸多無可比擬的優勢。首先，其燃料來源極為豐富。核聚變反應所需的燃料主要是氘和氚，其中氘大量存在于海水中，據估算，每升海水中大約含有 0.03 克氘，通過核聚變反應，它所釋放出的能量相當于 300 升汽油燃燒所產生的能量。而地球上的海水總量極為龐大，這意味著氘的儲量幾乎可以看作是取之不盡、用之不竭的。至于氚，雖然它在自然界中儲量稀少，但可以通過鋰與中子的反應來人工制取，而鋰在地球上的儲量也較為可觀。其次，核聚變反應幾乎不會產生溫室氣體排放，對環境十分友好。在核聚變過程中，不會像化石能源燃燒那樣產生大量的二氧化碳，從而有效避免了因溫室氣體排放導致的全球氣候變暖問題，也不會產生其他有害的大氣污染物，如二氧化硫、氮氧化物等，有助于改善空氣質量，保護生態環境。此外，核聚變反應產生的核廢料半衰期短、放射性低，相較于核裂變產生的高放射性、長半衰期的核廢料，其處理難度和環境風險大大降低，從根本上解決了傳統能源所帶來的環境和可持續發展難題。

二、中國的 “人造太陽” 之路

中國對人造太陽的研究，可追溯到上世紀五十年代。彼時，國內科研環境艱苦，資金匱乏、技術落后，但一批懷揣科學夢想與強國信念的科學家，毅然投身到核聚變研究領域，開啟了中國人造太陽的逐夢之旅。在最初的探索階段，科研人員主要集中于理論研究，深入鉆研核聚變反應的原理和機制，為后續實驗裝置的設計與建造奠定理論基礎。

1974 年，中國環流器一號在四川樂山建成，這是我國自主設計建造的第一臺托卡馬克裝置，標志著我國核聚變研究從理論探索邁向實驗研究階段 。盡管它與現代先進的托卡馬克裝置相比，規模較小、性能有限，但它的誕生意義非凡，為我國培養了第一批核聚變實驗人才，積累了寶貴的實驗經驗，讓中國在核聚變研究領域邁出了堅實的第一步。此后，科研人員不斷對中國環流器一號進行升級改造，在等離子體約束、加熱等關鍵技術上取得了一系列重要成果，進一步加深了對核聚變實驗的理解。

進入九十年代，隨著國際核聚變研究的快速發展，我國也加快了人造太陽研究的步伐。1994 年，我國第一個圓截面超導托卡馬克核聚變實驗裝置 “合肥超環”（HT - 7）研制成功，使我國成為繼俄、法、日之后第四個擁有超導托卡馬克裝置的國家 。HT - 7 的成功運行，讓我國在超導托卡馬克技術領域取得了重大突破，能夠開展更高參數等離子體物理實驗研究，為后續更先進的人造太陽裝置的研制提供了關鍵技術支撐。此后，科研人員圍繞 HT - 7 展開了一系列實驗研究，在等離子體電流維持、高約束模式運行等方面取得了顯著進展，不斷提升我國在核聚變領域的研究水平。

2006 年，具有里程碑意義的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）正式建成，它是我國自行設計研制的國際首個全超導托卡馬克裝置，也被稱為 “東方超環” 。EAST 的誕生，凝聚了我國科研人員多年的心血與智慧，它在設計上融合了多項國際先進技術，并進行了大量的自主創新。其獨特之處在于采用了全超導磁體技術，能夠產生更強的磁場，實現對等離子體更有效的約束，同時具備非圓截面的設計，大大提高了等離子體的約束性能和穩定性。自建成以來，EAST 不斷創造新的紀錄，推動我國 “人造太陽” 研究一次次沖破極限，逼近核聚變所需的嚴苛條件 。2017 年，EAST 創造了 101.2 秒高約束等離子體運行的世界紀錄，首次實現了百秒量級的長脈沖高約束等離子體運行，這一成果在國際核聚變領域引起了廣泛關注，標志著我國在穩態高約束等離子體運行方面取得了重大突破，為未來核聚變反應堆的長時間穩定運行提供了重要的實驗依據 。2018 年，EAST 實現了等離子體中心電子溫度 1 億℃的穩定運行，達到了太陽核心溫度的數倍，這是實現可控核聚變的關鍵溫度條件之一，再次展示了我國在高溫等離子體物理研究方面的強大實力 。2021 年，EAST 成功實現可重復的 1.2 億℃101 秒和 1.6 億℃20 秒等離子體運行，進一步驗證了裝置在高參數條件下的穩定運行能力，為后續的科學研究和工程應用奠定了更加堅實的基礎 。

2023 年 4 月 12 日，EAST 更是取得了重大突破，成功實現了 403 秒穩態長脈沖高約束模式等離子體運行，刷新了 2017 年創造的紀錄 。這一成果意味著我國在穩態高參數磁約束聚變研究領域繼續保持國際領先地位，向著實現可控核聚變的目標又邁出了堅實的一步。在一次次挑戰極限的過程中，EAST 團隊攻克了眾多關鍵技術難題，如等離子體的精確控制、強磁場下的超導材料應用、復雜系統的協同運行等，為我國核聚變事業的發展積累了豐富的技術經驗和人才儲備。

除了 EAST，我國另一項重要的人造太陽項目 —— 中國環流器二號 M 裝置（HL - 2M）也在穩步推進。HL - 2M 是我國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置，于 2020 年底建成并實現首次放電，標志著我國自主掌握了大型先進托卡馬克裝置的設計、建造和運行技術 。HL - 2M 在裝置規模、等離子體參數等方面都有了顯著提升，具備開展更高參數等離子體物理實驗的能力。它的建成，進一步完善了我國核聚變研究的實驗平臺體系，與 EAST 相互補充、協同發展，共同推動我國核聚變研究向更高水平邁進。2022 年 10 月 19 日，HL - 2M 等離子體電流突破 100 萬安培，達到了國際先進水平，為后續實現更高參數的核聚變實驗奠定了基礎 。2023 年，HL - 2M 在高約束模式運行等方面取得了新的進展，不斷提升我國在核聚變領域的研究實力和國際影響力。

之前，科學家們普遍認為，可控核聚變技術的商業化應用可能在2040年前實現。國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃的目標是在2035年左右完成建設，并期望在2050年左右實現聚變能發電?。如今，這一時間有望被中國提前至2030年之前。

三、2030 目標的攻關重點

盡管中國在人造太陽研究方面取得了顯著進展，但要在 2030 年前實現利用人造太陽 “燒開水” 并轉化為電能，仍面臨著諸多技術難題，需要科研團隊全力攻關。

首先，等離子體的長時間穩定約束是關鍵挑戰之一。核聚變反應發生的前提是將等離子體約束在高溫、高密度的狀態下足夠長的時間，以實現核聚變反應的持續進行 。目前，雖然 EAST 和 HL - 2M 等裝置在等離子體約束時間上取得了一定突破，但距離實現商業化核聚變發電所需的長時間穩定約束仍有較大差距。在高溫條件下，等離子體具有極高的能量和活性，容易與裝置內壁發生相互作用，導致等離子體的能量損失和約束性能下降 。科研團隊需要進一步優化托卡馬克裝置的磁場位形設計，提高磁場的穩定性和均勻性，以實現對等離子體更有效的約束 。同時，研發新型的等離子體診斷技術，實時監測等離子體的狀態和參數，為精確控制等離子體提供數據支持 。

其次，核聚變反應的高效控制也是需要攻克的難點。核聚變反應過程極為復雜，涉及到高溫等離子體物理、電磁學、材料科學等多個學科領域 。要實現核聚變反應的高效控制，需要精確調節等離子體的密度、溫度、電流等參數，確保核聚變反應在安全、穩定的條件下進行 。這就要求科研人員深入研究核聚變反應的物理機制，建立更加完善的理論模型，開發先進的控制算法和控制系統 。例如，通過采用先進的反饋控制技術，根據等離子體的實時狀態自動調整裝置的運行參數，實現對核聚變反應的精確控制 。

此外，核聚變裝置的材料研發也是不容忽視的重要環節。在核聚變反應過程中，裝置內部的材料需要承受極高的溫度、強磁場、高能粒子轟擊等極端條件，對材料的性能提出了極為苛刻的要求 。目前，用于核聚變裝置的材料在耐高溫、抗輻照、機械性能等方面仍存在一定的局限性，限制了裝置的運行性能和壽命 。科研團隊需要加大對新型材料的研發力度，探索具有優異綜合性能的材料，如耐高溫、高強度、抗輻照的結構材料，以及高效的熱傳導材料和絕緣材料等 。同時，研究材料在極端環境下的性能演變規律，為材料的選擇和應用提供科學依據 。

針對這些技術難題，中國科研團隊制定了一系列攻關策略。一方面，加強多學科交叉融合，匯聚等離子體物理、材料科學、控制工程、計算機科學等多個領域的專家，形成協同創新的研究團隊，充分發揮各學科的優勢，共同攻克技術難關 。另一方面，加大科研投入，建設先進的實驗平臺和研發設施，為技術研發提供堅實的硬件支撐 。例如，依托 EAST 和 HL - 2M 等實驗裝置，開展大量的實驗研究，不斷優化技術方案和參數；同時，積極參與國際合作，與國際上其他先進的核聚變研究機構開展交流與合作，分享研究成果和經驗，共同推動核聚變技術的發展 。

四、能源版圖的重塑

一旦中國在 2030 年前成功利用人造太陽實現 “燒開水” 發電，其對我國能源結構、能源安全及全球能源格局都將產生不可估量的深遠影響。

在我國能源結構方面，人造太陽發電技術的成功應用，將打破傳統能源長期占據主導地位的局面，為能源結構注入全新的活力。一直以來，我國能源結構以煤炭、石油等化石能源為主，雖然近年來風能、太陽能、水能等可再生能源發展迅速，但受限于資源分布、技術瓶頸、儲能難題等因素，在能源供應中所占比重仍相對有限，且穩定性不足。而人造太陽產生的核聚變能源，具有清潔、高效、可持續的顯著優勢，將成為我國能源結構中的重要支柱 。隨著核聚變發電站的逐步建設和規模化運營，它將與其他能源形式相互補充、協同發展，共同構建起更加多元化、清潔化、穩定化的能源體系 。例如，在東部經濟發達地區，土地資源緊張，傳統能源供應壓力較大，核聚變發電站的建設可以有效緩解能源供需矛盾，減少對外部能源的依賴；在西部地區，風能、太陽能資源豐富，但存在間歇性和波動性問題，核聚變能源可以與這些新能源形成互補，提高能源供應的穩定性和可靠性 。這不僅有助于我國實現能源結構的優化升級，減少對化石能源的依賴，降低碳排放，還能為經濟社會的可持續發展提供堅實的能源保障 。

從能源安全角度來看，人造太陽的成功應用將極大地提升我國的能源安全保障水平。當前，我國是全球最大的能源消費國之一，對能源的需求量巨大 。然而，我國的能源資源稟賦決定了石油、天然氣等重要能源資源對外依存度較高，這給我國的能源安全帶來了潛在風險 。在國際形勢復雜多變的背景下，能源供應的穩定性和可靠性面臨著諸多挑戰，如地緣政治沖突、國際能源市場價格波動等，都可能對我國的能源供應造成沖擊 。而核聚變能源的原料主要是氘和氚，氘大量存在于海水中，我國擁有廣闊的海域，氚也可通過鋰與中子的反應制取，鋰在我國的儲量也較為可觀 。這意味著我國在核聚變能源領域擁有豐富的自主可控的原料資源，能夠擺脫對國外能源的過度依賴，從根本上保障國家能源安全 。即使在國際能源市場出現極端波動或供應中斷的情況下，我國也能夠依靠人造太陽提供穩定的能源供應，確保經濟社會的正常運轉 。

放眼全球能源格局，中國在人造太陽領域取得的突破將成為推動全球能源變革的重要力量，改寫全球能源格局。長期以來，全球能源格局由少數能源資源豐富的國家主導，能源分配不均導致國際能源市場競爭激烈，地緣政治沖突頻發 。人造太陽技術的成功應用，將使能源生產不再受限于傳統能源資源的分布，為全球能源供應帶來新的平衡 。中國作為人造太陽技術的領先者，將在全球能源舞臺上發揮更加重要的引領作用，提升在國際能源領域的話語權和影響力 。同時，核聚變能源的廣泛應用將促使全球能源市場重新洗牌，推動各國加快能源轉型步伐，加強在清潔能源領域的合作與競爭 。例如，中國可以與其他國家分享核聚變技術和經驗，共同開展核聚變能源項目的研發和建設，促進全球能源領域的技術交流與合作，推動人類能源事業的共同發展 。這將有助于緩解全球能源緊張局勢，減少因能源問題引發的地緣政治沖突，為構建人類命運共同體奠定堅實的能源基礎 。

五、未來生活的暢想

當人造太陽成功實現 “燒開水” 發電并得到廣泛應用，我們的生活將迎來前所未有的巨大變革，一幅更加美好的未來畫卷將徐徐展開。

在日常生活中，居民用電將發生翻天覆地的變化。想象一下，曾經每月令人擔憂的電費賬單將大幅降低，甚至變得微不足道。人造太陽提供的穩定、廉價且清潔的能源，將使家庭中的各種電器設備能夠盡情運轉，不再受限于高昂的電費成本 。空調可以在炎炎夏日持續制冷，讓室內始終保持涼爽舒適；電暖器能在寒冷冬日溫暖每一個角落，為人們驅散嚴寒 。智能家電設備也將更加普及，掃地機器人不知疲倦地清掃房間，智能廚房設備輕松烹飪出美味佳肴，這些都離不開穩定且廉價的能源支持 。電動汽車的續航焦慮也將成為歷史，人們可以自由地駕駛愛車出行，無需頻繁尋找充電樁，并且充電成本大幅降低，使得電動汽車的使用更加便捷和經濟 。

在工業生產領域，人造太陽帶來的變革同樣令人矚目。對于那些高能耗的產業，如鋼鐵、化工、有色金屬冶煉等，充足且廉價的能源供應將極大地降低生產成本，提高生產效率 。企業不再需要為能源價格的波動而擔憂，可以更加專注于產品的研發和創新，提升產品質量和市場競爭力 。同時，清潔的核聚變能源將推動工業生產向綠色、可持續方向發展，減少對環境的污染 。例如，傳統的鋼鐵生產過程中，煤炭燃燒會產生大量的二氧化碳和其他污染物，而使用核聚變能源后，這些污染物的排放將大幅減少甚至趨近于零 。這不僅有助于改善空氣質量，還能推動相關產業實現綠色轉型升級，促進經濟與環境的協調發展 。

從環境保護角度來看，人造太陽的普及將是一場及時雨。隨著傳統化石能源的逐漸減少使用，大氣中的二氧化碳排放量將大幅降低，溫室效應得到有效緩解，全球氣候變暖的趨勢將得到遏制 。藍天白云將更加常見，清新的空氣將重新回到人們身邊，呼吸系統疾病的發病率也將隨之降低 。河流、湖泊和海洋將不再受到化石能源開采和使用過程中產生的污染物的侵害，生態系統將逐漸恢復生機，生物多樣性得到更好的保護 。森林、草原等自然生態系統將更加繁茂，為人類提供更加優美的生存環境 。此外，核聚變能源的使用還將減少對土地資源的占用，避免了因化石能源開采而導致的土地塌陷、植被破壞等問題 。

除了上述方面，人造太陽還將為人類探索宇宙提供強大的能源支持。在未來，人類或許能夠借助核聚變能源驅動的宇宙飛船，更加深入地探索宇宙的奧秘 。擺脫了傳統能源的限制，宇宙飛船可以飛行更遠的距離，速度更快，能夠到達更多的星球和星系 。這將有助于人類尋找新的家園、資源，拓展生存空間，開啟宇宙探索的新篇章 。

結語：擁抱能源新時代

中國計劃 2030 年前利用人造太陽實現 “燒開水” 發電，這不僅是一項偉大的科學探索，更是對人類未來能源命運的深刻改變。從半個多世紀前的艱難起步，到如今一次次創造世界紀錄，中國科研團隊憑借著堅定的信念、不懈的努力和卓越的智慧，在人造太陽領域取得了舉世矚目的成就 。盡管前方依然充滿挑戰，但每一次技術的突破都讓我們離夢想更近一步。

人造太陽的成功，將是人類能源史上的一次革命，它將為我們帶來清潔、廉價、可持續的能源，重塑全球能源格局，讓地球變得更加美好。這不僅是中國科研人員的夢想，也是全人類共同的期待。讓我們共同關注人造太陽的發展，為科研人員加油鼓勁，期待那一天早日到來，開啟人類能源新時代。