2027年底,安徽合肥的科学岛上,一座名为BEST的装置将首次启动。它没有锅炉,不烧煤炭,却能模拟太阳核心的极端环境——温度超过1亿摄氏度,让氢的同位素在磁场中剧烈碰撞,释放巨大能量。这台被称为“人造太阳”的紧凑型聚变实验装置,肩负着中国核聚变研究最重的使命:点燃“燃烧等离子体”,实现聚变能量输出大于输入的历史性突破。
所谓“燃烧等离子体”,并非真正意义上的火焰,而是核聚变反应进入自持状态的关键标志。当氘和氚原子核融合生成氦和中子时,会释放出高能阿尔法粒子。这些粒子若能被有效约束在等离子体内部,其动能将转化为热能,持续加热燃料,使反应不再依赖外部加热系统。这就像点燃一根火柴后,火焰能自己烧下去,而无需不断点火。目前全球尚无装置实现这一状态,而BEST正是为此而生。
为何这一目标如此艰难?关键在于阿尔法粒子的“不听话”。它们携带约20%的聚变能量,本应成为维持反应的“内燃机”,但高能粒子极易因磁场扰动或不稳定性逃逸,导致能量流失,等离子体冷却,反应中断。更复杂的是,这些粒子可能激发等离子体波动,引发连锁扰动,破坏整体稳定性。这一被称为“阿尔法粒子输运”的难题,是通往稳定聚变发电的“无人区”。
BEST的应对策略,体现在其设计与开放姿态中。作为超导托卡马克,它采用高精度磁场线圈构建更均匀的磁笼,减少粒子逃逸路径。装置将开展长脉冲实验,首次在中国平台上直接观测阿尔法粒子的行为轨迹与损失机制。配合高分辨率中子谱仪和人工智能实时控制系统,科学家有望动态调节磁场与边界条件,抑制不稳定性。更重要的是,中国科学院已启动“燃烧等离子体”国际科学计划,向全球开放BEST平台,设立科研基金,邀请法国、德国等十余国专家共同攻关。
这一开放战略,映射出全球聚变格局的深刻变化。过去,ITER作为七方共建的“国际聚变灯塔”,承担验证Q值大于10(输出能量为输入10倍)的重任,但其工程复杂,进度延后,预计2035年才开展氘氚实验。与此中国环流三号(HL-3)已在2025年实现离子与电子温度双破亿摄氏度,成为全球少数具备燃烧等离子体实验能力的装置之一。而BEST则定位更明确:不追求极致增益,而是率先验证聚变发电的核心条件——Q>1与长脉冲稳态运行,目标在2030年前完成发电演示。
与之并行的,还有美国SPARC项目。这家由MIT与私营企业CFS合作的紧凑型装置,依托高温超导磁体技术,试图以更小体积、更快节奏实现净能量增益,目标在2030年前建成原型电站。全球聚变研发正呈现“国家主导”与“商业驱动”并行、“大型验证”与“快速迭代”互补的新态势。中国通过HL-3、BEST与ITER深度参与,已从技术追随者转变为关键引领者。
对普通人而言,核聚变仍像遥远的理想。但它一旦实现,意义不可估量。聚变燃料来自海水中的氘和锂,几乎取之不尽;反应不产生温室气体,放射性废物极低且半衰期短;即便失控,反应也会自然终止,安全性远超裂变堆。若BEST能在两年后成功点燃燃烧等离子体,不仅意味着中国在聚变赛道上迈出决定性一步,更将极大提振全球信心,加速投资与技术转化。
当然,挑战依然严峻。即便实现Q>1,距离商业发电还需解决材料耐辐照、氚自持循环、热能高效转换等工程难题。中国已建成液态金属热工台架,为未来堆的冷却系统提供验证,但全面商业化预计仍需至2050年前后。
BEST的启动,不只是一个装置的建成,更象征着人类对终极能源的探索进入新阶段。它不再只是大国博弈的科技象征,而正成为全球科学家携手攻坚的公共事业。两年后,当那束等离子体被阿尔法粒子点燃并持续燃烧,我们或许将见证能源史上的一个转折点——太阳,真的可以在地球上被“制造”出来。
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