核聚變能源被視為破解人類能源困局的關(guān)鍵鑰匙，其原料可從海水中提取的氘元素中獲得，理論上能提供近乎無限的清潔電力，且不會像核裂變那樣產(chǎn)生長期放射性廢料。全球科研界為此已奮斗七十余載，美國與日本作為早期探索者，雖投入巨大資源，卻在穩(wěn)態(tài)運行這一核心領(lǐng)域被中國后來居上。
回溯歷史，美國與日本在核聚變研究領(lǐng)域曾占據(jù)先機。上世紀(jì)四十年代末至五十年代，兩國便開始接觸相關(guān)概念。1960年代蘇聯(lián)T-3裝置取得突破后，美日迅速跟進(jìn)。1982年，美國普林斯頓大學(xué)建成TFTR托卡馬克裝置，運行至1997年，期間創(chuàng)下1600萬瓦聚變功率和5.1億度等離子體溫度的世界紀(jì)錄。日本則從1985年起運行JT-60系列裝置，1997年獲得當(dāng)時最高的聚變?nèi)朔e指標(biāo)。這些大型裝置積累了海量數(shù)據(jù)，為后續(xù)ITER國際合作項目奠定了基礎(chǔ)。與此同時，歐洲的JET裝置也在此期間投入運行，四大裝置一度構(gòu)成全球核聚變研究的核心力量。
然而，進(jìn)入九十年代后期，美日的研究進(jìn)程逐漸放緩。TFTR裝置因預(yù)算壓力于1997年退役，美國將研究重心轉(zhuǎn)向超導(dǎo)方向以外的短期項目；日本JT-60雖持續(xù)升級，但受經(jīng)費限制，大型改造進(jìn)展遲緩，直至2023年才實現(xiàn)首次等離子體，目前仍在為2026年的正式實驗做準(zhǔn)備。西方國家科研體系常受資本邏輯與短期回報驅(qū)動，長期基礎(chǔ)研究投入波動較大，ITER項目本身也多次延期，預(yù)計2039年才能進(jìn)入燃燒等離子體階段。這些因素導(dǎo)致美日在穩(wěn)態(tài)長脈沖運行領(lǐng)域的優(yōu)勢逐漸被削弱。
相比之下，中國雖起步較晚，但憑借戰(zhàn)略定力與持續(xù)投入實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。1950年代末，中國開始小型聚變裝置試驗，1970年代初進(jìn)入規(guī)范化研究階段。1973年，物理學(xué)家萬元熙從北京大學(xué)畢業(yè)后加入合肥等離子體物理研究所，將畢生精力投入磁約束聚變研究。他后來擔(dān)任研究所所長，主導(dǎo)建成了中國第一臺超導(dǎo)托卡馬克HT-7裝置。該裝置從1990年代運行至2013年，累計完成上萬次放電實驗，為后續(xù)研究積累了寶貴經(jīng)驗。
1996年，EAST（全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置）項目正式立項，1998年獲批建設(shè)，2006年9月28日首次實現(xiàn)等離子體放電，初始電流達(dá)200千安培。作為全球首個全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克裝置，EAST從設(shè)計階段便瞄準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)高約束模式，其預(yù)算僅為國外同類設(shè)備的幾分之一，且國產(chǎn)化率極高。這一裝置的建成，標(biāo)志著中國在核聚變領(lǐng)域正式躋身世界前列。
EAST裝置的獨特優(yōu)勢在于其超導(dǎo)磁體系統(tǒng)可同時控制環(huán)向與極向磁場，從而實現(xiàn)更長的脈沖運行時間。自2016年起，該裝置連續(xù)取得突破：2016年實現(xiàn)60秒高約束模式運行；2017年7月將穩(wěn)態(tài)高約束等離子體持續(xù)時間延長至101秒，溫度約5000萬度；2021年5月達(dá)到1.2億度運行101秒，同年12月又將高參數(shù)長脈沖記錄推至1056秒；2023年4月12日，首次實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)高約束H模運行，創(chuàng)下當(dāng)時世界紀(jì)錄。這些數(shù)據(jù)不僅驗證了ITER項目所需的磁約束技術(shù)，更使EAST成為全球核聚變研究的重要測試平臺，吸引眾多國際科學(xué)家前來開展聯(lián)合實驗。目前，中國在ITER項目中承擔(dān)約9%的任務(wù)，EAST的成果為此提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
中國核聚變研究的后來居上，得益于戰(zhàn)略連續(xù)性與高強度投入。國家將核聚變視為能源安全的長遠(yuǎn)布局，不受短期經(jīng)濟回報影響，每年投入約15億美元，約為美國聯(lián)邦聚變預(yù)算的兩倍。這種穩(wěn)定支持使科研團(tuán)隊能夠?qū)Ｗ⒂陉P(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，如偏濾器熱負(fù)荷控制、非感應(yīng)電流驅(qū)動、壁處理等領(lǐng)域。同時，EAST裝置的成功離不開自主創(chuàng)新：超導(dǎo)磁體、診斷系統(tǒng)、加熱注入等核心技術(shù)均由國內(nèi)團(tuán)隊自主研發(fā)，知識產(chǎn)權(quán)覆蓋全裝置。相比之下，美日早期裝置多采用銅導(dǎo)體，穩(wěn)態(tài)能力有限，后期因資金不足，技術(shù)優(yōu)勢逐漸轉(zhuǎn)化為發(fā)展挑戰(zhàn)。
這一成就的背后，是幾代科研工作者的默默奉獻(xiàn)。以萬元熙為例，他1939年生于四川綿竹，1964年畢業(yè)于北京大學(xué)，1967年獲得博士學(xué)位，1973年赴合肥后，數(shù)十年扎根實驗室，從HT-7到EAST項目總經(jīng)理，帶領(lǐng)團(tuán)隊獲得國家科技進(jìn)步一等獎等榮譽。像他這樣的科研人員不勝枚舉，他們?nèi)找拐{(diào)試設(shè)備、分析數(shù)據(jù)，推動聚變研究從實驗室走向?qū)嵱没Ｖ袊嫶蟮娜丝谂c能源需求形成了緊迫的科研動力，EAST團(tuán)隊數(shù)百名工程師與科學(xué)家通過持續(xù)改進(jìn)，逐步提升溫度、約束時間與密度參數(shù)，每一次紀(jì)錄的刷新都建立在無數(shù)次失敗與優(yōu)化的基礎(chǔ)上。
2025年1月20日，EAST裝置再次取得重大突破：在鎢偏濾器加鋰注入條件下，穩(wěn)態(tài)高約束等離子體運行時間延長至1066秒，溫度接近7000萬度，遠(yuǎn)超2023年的403秒。這一成果直接證明了中國在長脈沖高性能運行領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。與此同時，研究所還升級了加熱系統(tǒng)功率，優(yōu)化了等離子體控制算法，為下一步示范電站建設(shè)奠定基礎(chǔ)。目前，合肥正在推進(jìn)新一代聚變設(shè)施建設(shè)，包括計劃2027年投入運行的BEST燃燒等離子體實驗裝置，以及目標(biāo)2030年代建成的CFETR聚變工程實驗堆。這些項目與ITER、HL-3等裝置形成技術(shù)梯隊，共同驗證從實驗到商用的全鏈條技術(shù)。
從國際競爭格局看，美國私營企業(yè)在替代方案領(lǐng)域進(jìn)展較快，全球私人投資中80%集中在美國，但國家層面的預(yù)算投入相對保守；日本與歐洲合作的JT-60SA裝置雖是目前最大的運行托卡馬克，仍在追趕長脈沖紀(jì)錄。中國通過舉國體制下的持續(xù)投入、完整的工業(yè)供應(yīng)鏈與充足的人才儲備，實現(xiàn)了核聚變研究的彎道超車。盡管聚變研究本質(zhì)上是國際合作事業(yè)，中國自2003年加入ITER以來始終開放共享數(shù)據(jù)，并歡迎美日同行交流學(xué)習(xí)，但誰能在穩(wěn)態(tài)運行時間與能量增益上取得突破，誰就能更接近實用化清潔電力的目標(biāo)。中國核聚變的發(fā)展歷程表明，起步晚并非不可逾越的障礙，堅持長期投入與創(chuàng)新，終能實現(xiàn)領(lǐng)跑。
