人造太阳全球竞争 中 / 美 / 欧 / 日技术对比
1. 什么是“人造太阳”？核聚变能源的科学基础
“人造太阳”是对可控核聚变装置的形象化称呼，其核心目标是模拟太阳内部的核聚变反应，在地球上实现清洁、高效、可持续的能源输出。与当前主流的核裂变技术不同，核聚变利用氢的同位素——氘和氚在极端高温高压下融合成氦，释放巨大能量，过程中几乎不产生长寿命放射性废物，燃料来源广泛（如海水中富含氘），被视为未来能源的终极解决方案之一。实现这一过程的关键在于创造并维持超过1亿摄氏度的等离子体环境，并通过强磁场或惯性约束将其稳定控制。目前主流技术路径包括磁约束托卡马克（Tokamak）和激光惯性约束（ICF）。国际热核聚变实验堆（ITER）项目正是基于托卡马克设计，代表了当前全球核聚变研究的最高水平。
2. 中国：后发先至的聚变强国之路
中国自2006年加入ITER计划以来，核聚变研发进入快车道。位于合肥的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）多次刷新世界纪录，2021年实现1.2亿摄氏度等离子体运行101秒，2023年更达成403秒稳态高约束模式运行，创下全球最长记录。EAST的成功得益于其全超导磁体系统和先进的等离子体控制技术。此外，中国正在推进自主设计的中国聚变工程实验堆（CFETR），目标是在2035年前后实现兆瓦级聚变功率输出，并为商业堆奠定工程基础。CFETR的设计参数介于ITER与DEMO之间，被视为连接实验与商用的关键桥梁。中国在材料科学、超导线圈制造和远程操控系统方面也取得突破，逐步构建起完整的聚变产业链。
3. 美国：多元布局与私营资本驱动创新
美国在核聚变领域采取“双轨制”战略：一方面参与ITER并依托橡树岭国家实验室、普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）开展基础研究；另一方面大力支持私营企业探索新型技术路径。2022年，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）在国家点火装置（NIF）上首次实现“能量净增益”（Q>1），即激光输入2.05兆焦耳，聚变输出3.15兆焦耳，标志着惯性约束路线的重大突破。与此同时，私营公司如Commonwealth Fusion Systems（CFS）、TAE Technologies和Helion Energy获得巨额融资，分别推进紧凑型托卡马克、场反位形（FRC）及磁靶聚变等创新设计。美国能源部设立“里程碑计划”，提供资金支持私营企业分阶段实现技术验证，推动聚变商业化进程提速。
4. 欧洲：ITER主导者与联合研发体系
欧洲是ITER项目的发起者与最大贡献方之一，由欧盟资助的欧洲聚变能组织（EUROfusion）统筹区域内研究。位于英国的欧洲联合环（JET）曾长期保持聚变能量输出纪录，2022年最后一次实验中以59兆焦耳能量输出运行5秒，Q值接近0.33，为ITER提供了关键数据支撑。欧洲正积极推进聚变示范堆（DEMO）的设计工作，目标在2050年前后接入电网。德国的仿星器装置Wendelstein 7-X展示了优异的稳态运行能力，证明了非托卡马克路径的可行性。欧洲在超导磁体、第一壁材料和远程维护系统方面具备领先优势，并通过“聚变电站概念设计”（PPCS）等项目系统规划未来电站架构。其高度整合的跨国协作模式成为大型科研工程的典范。
5. 日本：精密工程与国际合作典范
日本虽未主导大型聚变装置建设，但在关键子系统和工程技术领域具有不可替代的地位。JT-60SA是目前全球最先进的超导托卡马克之一，由日本与欧盟合作建造，2023年成功启动，旨在支持ITER运行并探索更高性能等离子体状态。日本在超导电缆、低温系统、诊断设备和遥控机器人等方面技术精湛，承担了ITER约9%的核心部件制造任务。此外，日本积极推进聚变材料研究，特别是在抗辐照低活化钢（RAFM steel）和液态金属包层技术方面成果显著。日本政府将聚变列为“绿色增长战略”重点，计划在2050年建成原型电厂，展现出稳健而务实的发展路径。
