美国陆军将要启动新一轮转型 王明志：转型之路可能会“翻车”

5月下旬(xiàxún)，A股可控核聚变概念板块大涨，风头一时无两。可控核聚变为我们描绘了一个无比美好的蓝图，接近零(líng)成本、无限(wúxiàn)获取的能源，将让人类文明再度来到新的起点。

可控核聚变背后，藏着一个怎样(zěnyàng)的人类新(xīn)未来？端午节后的首个工作日，合肥综合性国家科学研究中心能源研究院科发处处长、聚变产业应用(yìngyòng)研究中心副主任孔德峰研究员接受了(le)《每日经济新闻》记者的专访。

“我(wǒ)最开始选择可控核聚变这一研究方向，完全是随机的。但在多年的研究过程中，我逐渐坚信聚变技术是能够深刻影响人类社会发展(fāzhǎn)的关键技术。一旦可控核聚变取得成功，人类社会必将迎来巨大的变革。怀揣着这样的梦想，我希望能为这一巨变贡献(gòngxiàn)自己的力量(lìliàng)。”

过去20余年(nián)(nián)，孔德峰做的(de)事情很纯粹。本科阶段，他选择了应用物理专业(zhuānyè)，学习等离子体(děnglízǐtǐ)物理，继续深造时，选择研究可控核聚变。2007年到2013年，孔德峰在(zài)中国科学技术大学完成了硕博连读。之后的9年中，孔德峰扎根中国科学院等离子体物理研究所，开展(kāizhǎn)可控核聚变的技术研究；2022年，进入合肥综合性国家科学中心能源研究院，继续开展聚变设计相关工作，持续在这条充满挑战与机遇的道路上探索前行。

作为聚变堆设计粒子控制负责人，孔德峰重点研究芯部加料对氚自持及氚燃烧份额的(de)影响的评估，长期(chángqī)从事磁约束等离子体粒子反常输运研究和聚变堆装置(zhuāngzhì)物理设计。目前，其已在国际主要等离子体物理期刊发表文章30余篇(piān)，其中以第一作者(zuòzhě)和通讯作者在NF、PPCF及POP等发表文章共计15篇。

孔德峰称(chēng)，可控核聚变旨在模仿太阳原理，在地球(dìqiú)上创造持续聚变能量，实现这一目标需要解决高温(gāowēn)、高密度和能量约束时间等难题。目前，人类已能将等离子体温度提高到1.6亿度，但(dàn)提高密度和能量约束时间仍是挑战。氚是可控核聚变的(de)重要燃料，但自然界中含量极少，且提取成本昂贵。实现氚自持是可控核聚变商业化的关键一步。

他还提到，必须重视核聚变的研发，并预计一旦可控(kěkòng)核聚变商业化大规模实现(shíxiàn)，人类的生产生活方式将被彻底颠覆。

以下为(wèi)《每日(měirì)经济新闻》记者（以下简称“NBD”）与孔德峰的对话实录：

聚变反应的(de)核心逻辑：打造“磁笼子”，增加氘氚的碰撞次数

过去70多年，科学家们为实现可控核聚变做出的所有努力(nǔlì)，若用一句话概括，孔德峰认为是“提高氘和氚的碰撞次数”。为了增加高温氘氚的碰撞次数，科学家们想了个办法，将它们约束在利用磁场打造的“磁笼子”里(lǐ)，让带电粒子循环跑圈(quān)，不断创造碰撞机会(jīhuì)。

利用磁场打造的“磁笼子” 图片来源：BEST装置总包(zǒngbāo)单位提供

NBD：请介绍一下你在(zài)可控核聚变领域开展的主要工作？

孔德峰：可控核聚变(héjùbiàn)是一个(yígè)非常复杂的系统(xìtǒng)，我们每一个“聚变人”都是这个复杂系统中的螺丝钉。我从研究开始，主要做的是湍流这部分，研究可控核聚变里面的一些不稳定性。后来逐步转到了芯部加料的系统开发，以及整个聚变反应堆的物理(wùlǐ)设计。

NBD：自诞生起，可控核聚变要解决(jiějué)的是什么问题？

孔德峰：可控核聚变最重要的(de)目标就是解决人类能源的问题。聚变所(suǒ)产生的能源非常巨大，太阳是一个天然的聚变反应堆，滋养(zīyǎng)了地球和人类文明。人类目前使用的大部分能源——化石能源、光伏(guāngfú)发电，甚至农业生产的粮食，本质上都是太阳能的转化产物。而太阳能从聚变中产生，掌握(zhǎngwò)可控核聚变技术，对于(duìyú)人类未来的发展会起到非常关键的作用。

NBD：如何理解“可控(kěkòng)”二字？

孔德峰：它实际上是相对于氢弹爆炸(bàozhà)，即核武器的(de)爆炸而言的。“曼哈顿”计划（美国陆军部研制原子弹计划）主要研究(yánjiū)原子弹（一种核裂变武器），但此后科学家很快开始探索氢弹（不可控核聚变）。氢弹爆炸会在(zài)瞬间释放出巨大的能量，对社会和城市造成巨大的破坏。因此，许多(xǔduō)科学家开始思考，能否将氢弹释放的能量缓慢地释放出来(shìfàngchūlái)，而不是在一瞬间全部释放，从而避免对环境、生态和装置的破坏。

NBD：实现(shíxiàn)可控核聚变，我们已经达成了哪些初步目标？

孔德峰：实现(shíxiàn)可控核聚变是一项极具挑战性的任务。一方面，我们希望核聚变反应能够释放出能量，这需要(xūyào)满足所谓的“聚变三乘积”条件，即需要达到更高(gāo)的温度、更高的密度以及更长的能量约束时间(shíjiān)。这是评估聚变反应能否(néngfǒu)实现点火（即能量自持燃烧）的核心判据，也被称为“劳逊判据”。

具体来说(jùtǐláishuō)，要实现较好(hǎo)的(de)能量输出，聚变反应的温度需要达到约1.6亿度。经过可控核聚变领域70多年的发展，EAST装置（世界(shìjiè)首个全超导托卡马克装置）已经(yǐjīng)能够将等离子体温度提升到1亿度，并且稳定运行1000多秒，中核集团的中国环流器3号装置也报道了电子和离子双亿度的实验结果。

但仅仅提高温度是(shì)不够的，我们还需要同时提高等离子体的密度和能量约束时间。因此，长期以来，人类一直在(zài)努力研究如何提高这三个参数(cānshù)，以达到聚变点火的条件。这是(zhèshì)实现可控核聚变面临的核心挑战之一。

NBD：针对这三个参数，我们目前重点在突破哪(nǎ)一个方向？

孔德峰(kǒngdéfēng)：经过早期发展，像欧洲“联合环”，还有美国的TFTR装置等，已摸索(mōsuǒ)出在托卡马克装置上提高温度的方法，并且实现了聚变(jùbiàn)输出功率接近输入功率。就当下工程技术而言(éryán)，温度已能达到，但想实现更高的功率输出，核心是提高密度和能量约束(yuēshù)时间，尤其是能量约束时间。

能量约束时间是不好理解的物理量。举例来说，假设你和我是两个燃料(ránliào)粒子，你是氘，我是氚，科学家们费大力气(lìqì)把我们加热到1.6亿度，可即便正面碰撞，发生(fāshēng)聚变反应(jùbiànfǎnyìng)的概率可能仅1%或更低。若(ruò)碰撞没发生聚变反应，你我就会朝不同方向分离，加热消耗的能量就浪费了。

因此，提高碰撞次数才是科学家努力追求(zhuīqiú)的(de)目标。以托卡马克装置为例，它利用磁场打造“磁笼子”，可以理解成让粒子循环运动的“跑道(pǎodào)”。燃料粒子第一次碰面没碰撞成功也(yě)无妨，借助磁场约束，粒子能在“跑道”里循环跑圈，不断创造碰撞机会。每多(duō)跑一圈，就多一次碰撞可能，碰撞次数也随之增加。

而提高能量约束时间，本质(běnzhì)上就是让粒子(lìzi)在“跑道”里停留(tíngliú)更久，以此提高碰撞(pèngzhuàng)次数。粒子停留时间越长，碰撞次数越多，总有一次能发生聚变反应。并且，磁场强度越大，粒子聚在一起碰撞的次数往往越多，在“跑道”停留时间也越长。

商业化的(de)关键一步：氘氚的稳定燃烧和氚的闭环循环

今年5月1日，合肥BEST（紧凑型聚变能实验装置）项目启动了工程(gōngchéng)总装，比预计时间提前2个月，项目将于2027年完工，有望成为世界首个开展氘氚稳态燃烧的实验装置。此前不久，中核集团核工业西南物理研究院(yánjiūyuàn)再次创下我国聚变装置运行新纪录——新一代人造太阳“中国环流三号”实现百万(bǎiwàn)安培亿度H模，中国聚变快速(kuàisù)挺进燃烧实验。技术持续突破(tūpò)、政策不断落地以及国内招投标加速，核聚变(héjùbiàn)技术的工程化(gōngchénghuà)与商业化进程正在提速。

合肥科学岛BEST工程总装现场 图片来源：每经(měijīng)记者(jìzhě) 张宝莲 摄

NBD：怎么理解(lǐjiě)EAST、BEST、CFEDR（中国聚变工程示范(shìfàn)堆）之间的关系？

孔德峰：EAST是一个等离子体物理(wùlǐ)实验装置(zhuāngzhì)，核心是围绕劳逊判据展开研究——如何(rúhé)提高温度。EAST装置的(de)另一大特点是全超导，能够实现长时间的稳定放电。BEST核心目的(mùdì)是进行氘氚反应，即实现Q＞1（Q=聚变(jùbiàn)输出能量/输入能量）的稳定功率输出。BEST目前聚变功率仅为50兆瓦到200兆瓦的水平。对未来的聚变反应堆来说，需要进一步提高(jìnyíbùtígāo)聚变功率，目标是达到吉瓦（GW）级别，类似于现代煤电站的功率水平。

BEST之后就(jiù)是CFEDR，要解决的是吉瓦级聚变功率(gōnglǜ)问题和氚自持问题。氘在自然界中(zhōng)相对丰富，如海水中就含有氘，但氚在自然界中含量(hánliàng)极少。因此，如何实现氚的增殖也是未来聚变反应堆需要解决的一个重要问题。

NBD：氚从哪儿来(lái)？

孔德峰：现在的氚主要从(cóng)核电站的重水反应堆中(zhōng)来，每年产量也就数公斤，但是一个吉瓦级的聚变堆每年消耗的氚可能达到(dào)几十公斤。从重水反应堆中提取氚，将其放入聚变装置中进行(jìnxíng)反应。氘和氚反应后会产生中子，氚被消耗了。有人提出能否重新将这(zhè)些中子打入锂-6中发生核反应，从而产生氚。再把氚重新提取出来，进一步注入(zhùrù)到托卡马克装置中，以满足反应中对氚的消耗，这就是氚增殖的概念。

换句话说，就是形成一个氚(chuān)的闭环循环过程。理论上(shàng)，这个循环是可以达到的，但毕竟还没有在实际装置上验证过。

所以，从(cóng)实现聚变商业化的角度来看(láikàn)，中间还有两步路要走。第一步就是通过BEST装置进行验证，其核心使命是实现氘氚的稳定燃烧，这是一个需要进行系统验证的目标。另一个核心使命是氚增殖，即实现氚的闭环循环，消耗(xiāohào)(xiāohào)多少氚就能产生多少氚，甚至产生的氚要大于(dàyú)消耗的氚，这是CFEDR等示范堆要验证的目标。

只有完成了这两个核心目标，我们才能认为初步具备了商业化(shāngyèhuà)的价值，进而可以推进到(dào)商业化聚变堆的设计和建造阶段。

NBD：有分析认为2030年是可控核聚变(héjùbiàn)商业化的重要节点，你怎么(zěnme)看？

孔德峰：我感觉这个有点困难，可能没有这么乐观。BEST建成时间(shíjiān)是2027年，做氘氚(chuān)运行可能还得两三年的时间，有可能到2030年左右实现(shíxiàn)氘氚实验。

要实现可控(kěkòng)核聚变的大规模应用，无疑还有漫长的路(lù)要走。但这是必须做的一件事，因为谁掌握了这项技术(jìshù)，谁就掌握了人(rén)类文明未来的发展方向。至于何时(shí)能实现商业化，不同的人可能有不同的看法。刚开始时，其(qí)成本可能会非常高，但随着可控核聚变技术的发展、投入的增加以及规模化的扩大，每一项技术进步都意味着成本降低。最终，其成本有可能比其他发电方式还要低很多，这就是可控核聚变的一个(yígè)显著特点。

聚变工程攻坚，创造了“沿途(yántú)下蛋”的可能

科学家耗时70多年(duōnián)，将等离子体温度从百万(bǎiwàn)度提升至亿度，为可控核聚变点火奠定了(le)基础。当前，第一壁材料如何抵御高温等离子体攻击、如何稳定聚变反应中的高能粒子，以及如何提升芯部加料效率等难题，仍有待(yǒudài)攻克。尽管前路漫漫，但秉持着“沿途下蛋”的创新模式，研发过程(guòchéng)中催生的技术成果已惠及其他行业的科技进步。

BEST装置设计图 图片(túpiàn)来源：BEST装置宣传片截图

NBD：怎么(zěnme)理解核聚变反应中的那些不稳定性？

孔德峰：托卡马克装置中心部温度达到(dádào)一点几亿度，边缘温度只有几千度或几百度，这种温度梯度(wēndùtīdù)会造成一种势能，使高温(gāowēn)高密度的粒子容易往边缘跑，造成不稳定性，类似“雪崩”。而且聚变反应产生(chǎnshēng)的高能阿尔法粒子也会带来各种不稳定性，需要控制(kòngzhì)这些粒子的运动轨迹，防止它们破坏装置。

NBD：你在(zài)当前工作中遇到哪些技术上的瓶颈？

孔德峰：有(yǒu)很多技术瓶颈。比如芯部加料问题，现在常规的加料手段效率很低(dī)，以ITER装置为例，每注入100个氚粒子，仅有0.3个参与核反应(fǎnyìng)，其余99.7个会被抽离(chōulí)，经氚工厂(gōngchǎng)分离提纯后循环利用。但这一过程存在损耗，系统损耗的氚甚至超过实际反应消耗的量(liàng)，对氚自持的循环提出了挑战。现在我们想办法把燃料粒子直接注入到芯部等离子体(děnglízǐtǐ)当中去，提高燃烧效率，这需要开发新的加料系统，又是一个非常复杂的挑战。

还有材料损伤问题。聚变反应产生的(de)高温高密度等离子体对材料的腐蚀和损伤比较严重，需要开发新(kāifāxīn)的运行模式，或者(huòzhě)提高材料的耐受能力。

NBD：研发过程中有(zhōngyǒu)很多专利，对其他领域(lǐngyù)的科技进步有没有帮助？

孔德峰：可控核聚变涉及很多前沿技术(jìshù)，这些技术可以拓展到其他应用场景。比如超导技术可以用在高分辨率核磁共振、材料检测、蛋白质(dànbáizhì)筛查、污水处理、半导体单晶提拉等(děng)(děng)领域；微波技术可以用在安检仪、肿瘤细胞检测等领域；等离子体技术可以用在麻醉机消毒、细胞消融等领域；聚变中子可用于同位素(tóngwèisù)制药（如锝(dé)-99m）、中子活化分析谱仪实现元素快速鉴定等。

未来图景：聚变的终点，人类文明跃迁的起点(qǐdiǎn)

当可控核聚变实现大规模商业化，人类将叩开“终极能源”的大门。接近于零的用电成本，释放的巨量电能，将重构人类社会的能源使用逻辑，引发生产和生活(shēnghuó)方式的颠覆性变革。“人造太阳(tàiyáng)”照亮(zhàoliàng)地球时，那个能源免费、物质丰裕的未来，来得比(bǐ)我们想象得更真实。

NBD：可控核聚变商业化实现之后，我们的生活(shēnghuó)大概(dàgài)会是什么样的？

孔德峰：可控核聚变最大的特点是原料成本(chéngběn)非常低，氚虽然很贵，但它(tā)只是反应过程的中间产物，真正的原料成本——即氘和锂的成本可以忽略不计。随着规模化发展，建造成本也会降低，而且装置(zhuāngzhì)固有安全(ānquán)属性高，在安全防护方面的成本可能比现有的核电站低得多。

我们单位正在与中央美术学院等团队(tuánduì)合作(hézuò)，畅想电费降为一分钱时，未来的生活会发生哪些变化。

我个人畅想，当电费降到足够低，社会将发生根本性的变化。比如，农业可能会完全改变(gǎibiàn)形式。目前，中国科学院天津工业生物技术(jìshù)研究所通过电、二氧化碳和水(shuǐ)就可以合成淀粉，如果电足够便宜，我们是不是可以通过工厂来生产粮食，而不再需要大量(dàliàng)的农田。

另外，环境沙漠化问题也(yě)将得到解决。沙漠化问题的根源在于淡水短缺，海水淡化的最大成本就是电费(diànfèi)。当电费足够低时，我们就可以通过沿海地区大规模生产淡水，再将其输送到需要的地方(dìfāng)。