全球最大“人造太阳”建设，中国技术引领前行

中国施工队闻名世界，而这次他们要完成的任务非比寻常。

2024年2月底，全球最大“人造太阳”ITER项目与中核集团中核工程牵头的中法联合体签署了真空室模块组装合同。此前，在成功安装ITER“心脏”设备后，中核已成为ITER主机安装的唯一承包商。那么，为何全球最大“人造太阳”的安装工作会交给中国企业呢？

人造太阳

核反应是人类已知最高效的能量制造方式，分为核裂变和核聚变，对应的武器分别是原子弹和氢弹。此前介绍过的核动力集装箱船，使用的第四代堆型熔盐反应堆是目前核裂变技术的顶尖成果。

相较于核裂变，我们更常接触到的是核聚变，太阳就是一个时刻进行核聚变反应并释放光和热的例子。核聚变原理是较轻的原子核，如氘（D）和氚（T）结合成较重的原子核，如氦，同时释放巨大能量。

核聚变反应原理图

虽然原理简单，但实现核聚变却困难重重。由于核聚变需要极高温度，人类目前掌握的是热核聚变技术。从研发路线看，先有原子弹再有氢弹，因为引爆氢弹需先引爆原子弹，民用领域也是如此。利用核裂变发电已不新鲜，但用核聚变发电人类尚未实现。氢弹的核聚变瞬间能量巨大，无法用于发电，人类需要的是可控的热核聚变。

制造“人造太阳”成为各国科学家的追求目标。20世纪50年代，前苏联科学家提出利用超导体产生极强磁场约束能量的构想，核心组件托卡马克用于实现热核聚变。

2021年升级后的俄罗斯托卡马克T - 15MD

1985年，美苏欧日在日内瓦峰会共同启动国际热核聚变实验反应堆计划（ITER项目），作为结束冷战的标志性行动之一。1988年，ITER项目研究设计工作开始，集合全球聚变研究成果，耗时13年、花费15亿美元后，于2001年完成。2007年，全球最大“人造太阳”正式开工。

ITER项目最初有美苏欧日4个成员，后变为美俄欧日中韩印7个，协作国扩展到35个。该项目时间跨度大、难度高，被认为是空间站之后最大的全人类合作项目。按计划，若一切顺利，2025年完成建造，2050年获得商业规模的持续安全能源输出。

如同许多国际合作项目，ITER背后存在政治博弈，法国和日本竞争尤其激烈。法国核电经验丰富、资金投入多，且欧盟出资最多，最终获多数选票；日本热核聚变研究领先且出手阔绰，但因地处地震带而处于劣势。

ITER项目鸟瞰图，黑色最高的建筑为其托卡马克部分

最终，ITER项目选址法国南部海港城市马赛以北约80公里处的圣保罗 - 莱迪朗斯小镇。

困难重重

大型项目似乎常面临期限延误问题，ITER项目在技术上也遭遇两大难题。一是安装好的19×11米气室中，砌块接头尺寸有误。设计中，聚变需将超热等离子体的轻原子核压在一起，需用强大磁力将等离子体约束在托卡马克密闭环形室中。若接头尺寸不对，托卡马克可能爆炸。二是隔热板选材问题，数据模拟显示现有材料有缺陷，冷却管金属易在温差变化中老化、产生裂纹，安全隐患大。

ITER在检测中发现已经有管道出现裂纹

时任项目总干事Pietro Barabaschi称这是严重问题，按其估算，2025年完工无望，但有望2035年完成。相比技术难题，缺钱更让项目头疼。2006年项目启动时，参与国预计10年筹资50亿欧元，然而资金远远不够。2023年初统计，按进度和支出，预估总成本超200亿欧元，且实际情况可能更糟。

ITER项目中各国承担的建设组件

没钱导致项目延期，内部人员悲观认为剩余技术挑战会使预算大幅增加，ITER项目建设面临失控风险。

中国来了

过去很长时间，中国被ITER排除在外，理由是核聚变研究水平不够，但这站不住脚。早在1994年，我国第一个圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置EAST“合肥超环”（HT - 7）研制成功，使我国成为继俄、法、日之后第四个拥有超导托卡马克装置的国家。

我国建设的世界上首个全超导托卡马克主机

即便如此，在多数成员国无超导托卡马克装置的情况下，ITER仍拒绝中国。2003年出现转机，加拿大因选址竞争失败退出，ITER出现10亿欧元资金缺口，考虑到中国的资金实力，同意中国加入。

中国加入产生连带效应，美国曾在1998年借口加强基础研究退出ITER计划，2003年1月初中国表态参加协商后，美国1月末宣布重新加入，显然是看到中国加入带来的希望。

中国加入后表现出色，成为ITER推进的最大保障。目前，ITER最重要的四个安装节点均由中国人完成。2020年5月，杜瓦底座成功吊装，它是ITER托卡马克装置核心设备，是首个安装的大型组件和重要设备基础，承担安全屏障作用。

吊装完成后的杜瓦底座，具有赏心悦目的工业美感

杜瓦底座重1250吨，安装精度需控制在2毫米内，中核集团48人团队顺利完成，还打破中国核能行业大件设备吊装安装精度记录。4个月后，400吨的杜瓦下部筒体开吊，虽重量相对较小，但技术难度不小。2021年1月，杜瓦底座冷屏（LCTS）吊装成功；4月，极向场超导线圈PF6成功落位，标志中国对ITER核心设备四联吊完成，国际热核聚变实验堆磁体系统安装全面开启。PF6线圈是ITER超导磁体中制造难度高、决定装置运行成败的重要线圈，由中科院等离子体物理研究所耗时七年多制造。五个月后，托卡马克最后一个下部主要磁体PF5也成功落位。疫情期间，中国未耽误工作，展现大国风范。

回到文章开头消息，按原计划，ITER真空室模块应由日本组装，为此日本与欧盟共同研制JT - 60SA，2020年安装完成，调试三年后去年12月投入运行。

日本的托卡马克JT - 60SA

但ITER最终改变主意，原因是号称世界最大的JT - 60SA技术落后于中国。日本的JT - 60SA只能用氘作模拟燃料开展等离子体控制实验，不能直接发电，而我国采用有发电前景的氘氚（D - T）核聚变反应堆，是最接近成功的试验和示范装置。从各项技术指标看，中国托卡马克完胜日本技术，我国在合肥实现了1兆安、1.6亿度、1056秒的等离子体运行三大科学目标。技术差距决定ITER重要模块由中国安装。

开始领跑

中国参与ITER计划并非做“冤大头”。加入前，国际主流核聚变会议难见中国身影；加入后，我国不仅补齐短板，还将聚变工程实验堆（CFETR）提上日程。科研方面，中国核聚变学者和研究机构多次在大会作报告、担任会议主席，国际顶级杂志封面也常出现中国学者。

线圈吊运至装置口

如今，我国与全球120多个聚变研究机构合作，取得诸多研究成果。参与ITER计划让中国获得广泛技术合作与领先地位，核聚变技术由跟跑转向领跑，国际话语权影响力空前。

前面提到的EAST是先进实验装置，而中国聚变工程实验堆直接瞄准应用，目标是建成世界首个聚变实验电站。目前，实验堆前身“夸父”在合肥建设正酣。

无人机拍摄的“夸父”园区

一旦成功，我国将拥有近乎无限、无污染、无温室气体排放且安全的能源，这将改善生活、促进经济发展，还会对国际秩序和地缘政治产生深远影响。希望我国的“人造太阳”早日“升起”。

本文来自微信公众号“正解局”，作者：正解局，36氪经授权发布。

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