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全球聚变能源如何破解 “游戏规则”?

来源: 中国核工业 发布日期:2025-10-24

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近日,世界聚变能源集团第二次部长级会议期间,来自中国、俄罗斯、法国、国际原子能机构(IAEA)、欧洲聚变联盟等国家和组织的代表齐聚一堂,围绕聚变能源的现状、监管框架与供应链建设三大核心议题展开深入讨论。会议旨在完善全球协作网络,推动聚变能源成为未来清洁能源体系的重要支柱,为聚变能源的商业化应用奠定坚实基础。


多路径竞相突破

弥合科学研究与产业化鸿沟


全球聚变能源领域正迎来前所未有的活力。公私合作模式的深化与多元技术路线的并行推进带来了更多的资源投入和技术创新,显著加速了聚变能源的研发进程。

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作为全球聚变研究的旗舰项目,ITER的价值已超越单纯的科学实验。它正在建设成为一个全面的聚变研究基础设施,构建了一个跨越国界的产业生态系统。ITER不仅在技术上追求实现热聚变条件,更重要的是构建了一个全球性的供应链体系。这个供应链能够生产、运输和安装大型聚变装置的关键部件,为未来聚变电站的建设积累了宝贵经验。ITER总干事特别强调,除了技术突破外,项目还在知识转让、国际合作协调和监管框架建立等方面取得了重要成果。这些经验对于整个聚变行业的发展具有不可替代的价值。


IAEA的数据显示,近两年间,全球聚变设施数量实现翻倍增长。目前全球有72个聚变设施在运、在建或规划中,包括意大利的DTT测试设施,日本的JT-60SA以及德国的仿星器项目等,这一数字相较于2023年的36个实现了翻倍。


多国正以各具特色的方式推进聚变研究。

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中国有超过10个磁约束装置正在运,系统性地探索着从基础物理到工程实现的完整路径。中国制定了清晰的聚变发展路线图,采取分阶段推进的策略,每个阶段都设定明确的物理学和工程学里程碑,有助于引导供应链发展和投资方向,同时为技术创新留下充足空间。


韩国K-STAR项目(2007年建成的全超导托卡马克装置)在稳态等离子体运行方面取得了重要突破,实现了保持50秒的高温离子放电。韩国政府已制定了详细的聚变路线图,确定了8个关键技术领域,并计划在2040年前实现聚变能源的示范应用。韩国通过参与ITER项目,建立了包含170个聚变相关供应商的合作网络,为聚变产业化奠定了坚实基础。


俄罗斯则在传承托卡马克传统优势的基础上,正在开发下一代托卡马克TRT,该装置计划采用高温超导磁体系统,已完成概念设计。尽管苏联解体后没有新建大型聚变装置,但俄罗斯的研究机构仍在持续开展等离子体物理研究等多元化的技术探索,如同多路径登顶,共同推动着整个领域向前迈进。


私营部门的崛起为聚变发展带来了新动力。根据IAEA的统计,全球已有数十家私营聚变公司,投入资金超过数十亿美元。这些公司带来了新的商业模式、更快的决策机制和更强的风险承受能力。与此同时,公共部门开始调整研发策略,更加注重与私营部门的互补与合作。这种公私协同的新生态正在改变聚变研发的传统格局。


尽管进展显著,但实现聚变能源商业化仍需要突破多个技术瓶颈:首先是实现稳态运行,不仅要达到热聚变条件,还要维持足够长的时间;其次是证明装置的可靠性和可用性;最后还要解决材料耐受性问题。聚变能源最终必须在经济性上具有竞争力,而不仅仅是实现能量净增益。


IAEA在2024年发布的《聚变关键要素》报告中,系统性地分析了聚变能源发展的四大缺口:技术缺口、监管安全缺口、知识数据缺口以及人力和机构缺口。技术缺口包括耐高温抗辐射材料、氚燃料循环、稳态运行等;监管安全缺口需要建立适合聚变特点的监管框架;知识数据缺口要求加强数据共享和开放获取;人力和机构缺口则需要培养专业人才和建立专门机构。这些缺口的识别为后续研发和政策制定提供了明确方向,需要全球研究力量的协同攻关。


在安全与创新间寻求平衡

构建适应聚变特性的监管体系


随着聚变能源从实验室走向示范应用,建立与之相适应的监管体系成为关键议题。传统核安全监管模式基于裂变技术的特点建立,而聚变设施与传统裂变设施在安全特性、风险类型和运行要求等方面存在本质区别,这要求监管机构不能简单套用现有的核安全监管体系,而需要开发专门针对聚变特性的监管方法。


国际层面,IAEA正在采取循序渐进的方法,首先收集各国聚变设施的安全数据和监管经验,在此基础上制定技术文件和安全标准。2024年12月,IAEA已发布关于聚变的设计安全、聚变设施安全和安全评估的文件,并计划在2026年初发布的聚变安全报告将进一步明确聚变安全的基本原则和具体要求。


中国的实践提供了有价值的参考。中国生态环境部于2025年4月发布了《关于聚变装置辐射安全管理有关事项的通知》,创新性地提出了分级分类监管框架。该框架将聚变装置划分为三个发展阶段:等离子体物理实验装置、氘氚聚变试验装置和聚变能应用装置,针对不同阶段的装置采取不同的监管要求。特别值得注意的是,中国首次在《原子能法》中以法律条文形式规定了聚变装置的监管制度和管理要求,为聚变监管提供了法律依据。


作为ITER项目的监管方,法国核安全局探索出的“灵活监管”模式颇具启示意义。重点关注两个核心安全领域:等离子体约束和辐射防护。尽管ITER装置中只使用几克氚作为燃料,但考虑到氚的吸收效应,实际需要管理数公斤级的氚库存,这对辐射防护提出了很高要求。此外,超导磁体系统的安全运行也是监管重点。针对首堆特有的不确定性,监管机构与项目方建立持续对话机制,采取分步论证策略,在坚守安全底线的前提下保持必要的监管弹性。这种实践表明,对于创新技术,监管不应是僵化的条条框框,而应是动态的护航过程。


公众信任是任何核技术发展的基石。与会专家强调,透明沟通是赢得社会支持的关键——监管机构和运营商必须向公众充分披露聚变设施的风险信息,试图淡化风险只会损害公众信任。中国的环境影响评价公示制度、法国的信息公开实践都表明,将专业风险评估转化为社会可理解的语言,是技术落地不可或缺的环节。


退役和废物管理是聚变监管的另一重要维度。ITER项目已开始研究聚变装置的退役策略和废物处理方案。各国代表一致认为,应当尽早考虑退役问题,避免重蹈裂变电站退役困难的覆辙。而面对蓬勃兴起的私营聚变企业,监管还面临着新的挑战:如何寻求平衡之道,既要确保安全底线,又要避免过度监管。而这些问题的答案,或许就藏在监管机构与企业早期深度交流的实践中。


供应链建设

从实验室到工业化的关键跃升 


聚变能源的商业化,最终需要强大供应链的支撑。来自制造一线的声音表明,聚变部件极高的技术复杂度、尚未成熟的供应链体系、专业人才的严重短缺,构成了产业化道路上的三重障碍。应对这些挑战,需要设备投资、国际合作与人才培养的协同推进。


ITER项目的经验表明,制造商在设计阶段的介入,能够有效避免后续的制造瓶颈。这种“设计-制造一体化”的思路,将产业现实带入科研构想,能大幅提升工程的可行性。


IAEA核电司司长介绍了IAEA在促进聚变供应链发展方面的努力。IAEA通过建立示范中心网络、组织技术会议、开展能力建设活动等方式,促进全球聚变供应链的协作与发展。特别值得一提的是,IAEA正在关注聚变技术发展早期阶段的供应链问题,包括标准制定、质量保证和人员资质等。Aline还分享了一项调查结果:目前只有31%的供应商愿意投资于聚变供应链建设,而46%的供应商表示需要与客户共担风险。这说明需要建立有效的风险共担机制,才能激励更多企业投入聚变供应链建设。


欧洲聚变协会代表提出了推动聚变供应链发展的具体建议:产业界在前端设计的深度参与、标准认证体系的统一规范、长期稳定的政策信号支持。欧洲聚变协会正在搭建平台,促进企业、金融机构、科研机构和政策制定者之间的对话与合作。


在讨论中,多位代表强调了中小企业的重要性。中小企业通常专注于特定技术领域,能够为聚变供应链提供专业化的解决方案。然而,中小企业也面临特殊挑战:资金有限、抗风险能力较弱、参与大项目的门槛较高。为此,需要建立适当机制,帮助中小企业融入聚变供应链生态。


值得关注的是,全球南方国家正积极寻求超越原材料供应商的角色。以智利为例,凭借其锂资源优势,该国不仅希望参与上游供应,更致力于通过技术合作深入价值链的高端环节。拉美地区可通过锂、铜等战略资源参与全球聚变供应链,并推动技术合作与公平收益分配。


作者、责编|廖涵琪

主编|连   敏

审校|孔美荣


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