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，A股可控核聚变(héjùbiàn)概念板块大涨，风头(fēngtou)一时无两。可控核聚变为我们描绘了一个无比美好的蓝图，接近零成本、无限获取(huòqǔ)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、聚变产业应用研究中心副主任孔德峰研究员接受了《每日经济新闻(xīnwén)》记者的专访(zhuānfǎng)。

“我最开始选择可控核聚变(jùbiàn)这一研究方向，完全是随机的。但在多年的研究过程(guòchéng)中，我逐渐坚信聚变技术是能够深刻影响人类(rénlèi)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自己的力量。”

过去(guòqù)20余年，孔德峰做(zuò)的(de)事情很纯粹。本科阶段，他选择了应用(yìngyòng)物理专业，学习等离子体物理，继续(jìxù)深造时(shí)，选择研究可控核聚变。2007年到2013年，孔德峰在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，开展可控核聚变的技术研究；2022年，进入合肥综合性(zōnghéxìng)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(duī)设计粒子控制负责人，孔德峰(kǒngdéfēng)重点研究芯部加料对氚自持及(jí)氚燃烧份额的影响的评估(pínggū)，长期从事磁约束等离子体粒子反常输运研究和聚变堆装置物理设计。目前，其已在(zài)国际主要等离子体物理期刊发表文章30余篇，其中以第一作者和通讯作者在NF、PPCF及POP等发表文章共计15篇。

孔德峰称，可控核聚变旨在模仿太阳原理，在地球上创造持续聚变能量(néngliàng)，实现这一目标需要(xūyào)解决高温、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(shì)挑战。氚是可控核聚变的重要燃料，但自然界中含量极少，且提取成本昂贵(ángguì)。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(bìxū)重视核聚变的研发，并预计一旦可控核聚变商业化大规模实现，人类的生产生活方式(fāngshì)将被彻底颠覆。

以下(yǐxià)为《每日经济新闻》记者（以下简称(jiǎnchēng)“NBD”）与孔德峰的对话实录：

聚变反应的核心逻辑：打造“磁笼子”，增加(zēngjiā)氘氚的碰撞次数

过去70多年，科学家们为(wèi)实现可控核聚变做出的所有努力，若用一句话概括，孔德峰认为(rènwéi)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，让(ràng)带电粒子循环跑圈，不断创造碰撞机会(jīhuì)。

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

NBD：请介绍一下你(nǐ)在可控核聚变领域开展的主要工作？

孔德峰：可控(kěkòng)核聚变是一个非常复杂(fēichángfùzá)的系统，我们每一个“聚变人(rén)”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(yīxiē)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设计。

NBD：自(zì)诞生起，可控核聚变要解决的是什么问题？

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

NBD：如何(rúhé)理解“可控”二字？

孔德峰：它实际上是相对于氢弹爆炸，即核武器(wǔqì)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(chū)巨大(jùdà)的能量，对社会和城市(chéngshì)造成巨大的破坏。因此，许多科学家开始思考，能否将氢弹释放的能量缓慢地释放出来，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：实现可控核聚变，我们已经(yǐjīng)达成了哪些初步目标？

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

具体来说，要实现(shíxiàn)较好的(de)(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（世界首个全超导托卡马克装置）已经能够将等离子体(děnglízǐtǐ)温度提升(tíshēng)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。

但仅仅提高温度是不够的(de)，我们(wǒmen)还需要同时提高等离子体的密度和能量约束时间(shíjiān)。因此，长期以来，人类一直在努力研究如何提高这三个参数，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(wǒmen)目前重点在突破哪一个方向？

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

能量约束时间是(shì)不好理解的物理量。举例来说，假设你(nǐ)和我是两个(liǎnggè)燃料粒子，你是氘，我是氚，科学家们费大力气把我们加热到1.6亿度，可即便正面碰撞，发生聚变反应的概率可能仅1%或更低。若(ruò)碰撞没发生聚变反应，你我就(jiù)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(pèngzhuàng)次数才(cái)是科学家努力追求的(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”。燃料粒子第一次碰面没碰撞成功(chénggōng)也无妨，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(jīhuì)。每多跑一圈，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，本质上就是让粒子在“跑道”里停留更久，以此提高碰撞(pèngzhuàng)次数。粒子停留时间(tíngliúshíjiān)越长，碰撞次数越多，总有(zǒngyǒu)一次能发生聚变反应。并且，磁场强度越大，粒子聚在一起(jùzàiyìqǐ)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(ránshāo)的实验装置。此前不久，中核集团核工业西南物理研究院再次创下我国聚变装置运行新纪录(xīnjìlù)——新一代人造太阳“中国(zhōngguó)环流三号”实现百万安培亿度H模，中国聚变快速挺进燃烧实验。技术(jìshù)(jìshù)持续(chíxù)突破、政策不断(bùduàn)落地以及国内招投标加速，核聚变技术的工程化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(láiyuán)：每经(měijīng)记者 张宝莲 摄

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

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

BEST之后就是CFEDR，要解决(jiějué)的(de)是吉瓦级聚变功率问题和氚自持问题。氘在自然界中(zhōng)相对丰富，如海水中就含有(hányǒu)氘，但氚在自然界中含量极少。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(cóng)哪儿来？

孔德峰：现在的氚主要从核电站的重水反应堆中来，每年(měinián)产量也就数公斤，但是一个吉瓦级的聚变堆每年消耗(xiāohào)的氚可能(kěnéng)达到几十公斤。从重水反应堆中提取氚，将(jiāng)其放入聚变装置中进行反应。氘和氚反应后会产生中子，氚被消耗了。有人提出能否重新(chóngxīn)将这些(zhèxiē)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(huànjùhuàshuō)，就是(jiùshì)形成一个氚的闭环循环过程。理论上，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(suǒyǐ)，从实现(shíxiàn)聚变商业化的(de)角度来看，中间(zhōngjiān)还有两步路要走。第一步就是通过BEST装置进行验证(yànzhèng)，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，消耗多少氚就能产生多少氚，甚至产生的氚要大于消耗的氚，这是CFEDR等示范堆要验证的目标。

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

NBD：有分析认为2030年(nián)是可控核聚变商业化(shāngyèhuà)的重要节点，你怎么看？

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(yùnxíng)可能还得两三年的时间，有可能到2030年左右实现氘氚实验。

要实现可控核聚变的(de)大规模应用，无疑还有漫长的路(lù)要走。但这(zhè)是必须做的一件(yījiàn)事，因为谁掌握了这项技术，谁就掌握了人类文明未来的发展方向。至于何时能实现商业化，不同的人可能有不同的看法。刚开始时，其成本(chéngběn)可能会非常高，但随着可控核聚变技术的发展、投入(tóurù)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(zuìzhōng)，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显著特点。

聚变工程攻坚，创造了“沿途下蛋”的(de)可能

科学家耗时70多年，将等离子体温度从百万度提升至亿度，为可控核聚变点火奠定了基础。当前，第一(dìyī)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(réng)有待攻克。尽管前路漫漫，但秉持着“沿途下蛋”的创新(chuàngxīn)模式(móshì)，研发过程中催生的技术成果已(yǐ)惠及其他行业的科技进步。

BEST装置设计图(shèjìtú) 图片来源：BEST装置宣传片截图

NBD：怎么理解核聚变反应中的那些不稳定性(bùwěndìngxìng)？

孔德峰：托卡马克装置中心部温度(wēndù)达到一点几亿度，边缘温度只有几千度或几百度，这种温度梯度会造成一种势能，使高温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(dàilái)各种不稳定性，需要控制这些(zhèxiē)粒子的运动轨迹(guǐjì)，防止它们破坏装置。

NBD：你在当前工作中遇到(yùdào)哪些技术上的瓶颈？

孔德峰：有很多技术瓶颈。比如芯部加料(jiāliào)问题，现在常规的加料手段(shǒuduàn)效率很低，以(yǐ)ITER装置为例，每注入100个氚粒子，仅有0.3个参与核反应，其余99.7个会被抽离，经氚工厂分离提纯后循环(xúnhuán)利用。但这(zhè)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，对氚自持的循环提出了挑战。现在我们(wǒmen)想办法把燃料粒子直接注入到芯部等离子体当中去(qù)，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(chǎnshēng)的(de)高温高密度等离子体对材料的腐蚀和损伤比较严重，需要开发新的运行模式，或者提高材料的耐受(nàishòu)能力。

NBD：研发过程中有很多专利，对其他(qítā)领域的科技进步(kējìjìnbù)有没有帮助？

孔德峰：可控核聚变(héjùbiàn)涉及很多前沿技术，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、蛋白质筛查、污水处理(wūshuǐchǔlǐ)、半导体单晶提拉(tílā)等(děng)领域(lǐngyù)；微波技术可以用在安检仪、肿瘤细胞检测等领域；等离子体(děnglízǐtǐ)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制药（如锝-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(de)终点，人类文明跃迁的起点

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

NBD：可控核聚变(héjùbiàn)商业化实现之后(zhīhòu)，我们的生活大概会是什么样的？

孔德峰：可控核聚变最大的特点是原料成本非常低，氚虽然很贵，但(dàn)它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(suízhe)规模化发展，建造成本也会(huì)降低，而且装置固有(gùyǒu)安全属性高，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(dānwèi)正在(zhèngzài)与中央美术学院等团队合作，畅想电费降为一分钱时，未来的生活会发生哪些变化。

我(wǒ)个人畅想，当电(diàn)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形式。目前，中国科学院天津工业生物技术研究所通过(tōngguò)电、二氧化碳和水就可以合成淀粉，如果电足够便宜(piányi)，我们是不是可以通过工厂来生产粮食，而不再需要大量的农田。

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