对话新奥聚变首席科学家彭元凯：中国核聚变技术未来可期

彭元凯，核聚变技术专家，美斯坦福大学硕博士，有40年聚变研发经验，曾任职美国相关研究所，退休后任多所国内科研机构客座或特聘职务，2018年起担任新奥能源研究院聚变首席科学家。

近日，《能源》杂志采访了核聚变技术专家、新奥核聚变首席科学家彭元凯，对我国核聚变技术未来发展面临的一系列关键问题进行了解答。

《能源》：2022年底，美国的国家点火装置（NIF）实现净增量增益，被视为可控核聚变里程碑事件。但托卡马克装置历来是聚变发电研发的主流技术，您如何评价这两种技术的优缺点？谁在发电利用上更有前景？

彭元凯：激光约束（惯性约束）短期内实现高能量增益（如NIF的5倍），适用于脉冲式微型聚变，在武器模拟与基础物理研究中有独特价值。没有磁约束聚变对超导磁体、装置第一壁抗中子辐射和抗高热负荷等方面的苛刻要求。但是，其激光器的电光能量转换效率低、重复频率低。从细分场景来看，激光聚变或在小规模、特殊用途（如小型中子源）中占优。

托卡马克是磁约束的一种主要方式，也是目前聚变研究的主流方向。氘氚磁约束（托卡马克、球形环、仿星器）稳态运行潜力大（EAST已实现千秒级放电），氘氚聚变技术路线成熟（ITER项目积累数十年经验），更适合大规模发电厂。但它须解决超导磁体成本、氚自持与材料抗中子辐照集成性复杂工程问题。

从发电应用来看，氘氚托卡马克更可能率先测试示范堆。因其工程化路径已清晰，且国际协作（如ITER）推动标准化。

《能源》：今年来，我国核聚变特别是磁约束领域取得了一系列突破性进展，是否意味着我们和世界其他国家核聚变研发处在同一水平线上？未来还有哪些挑战？

彭元凯：我国聚变探索近年来不断提速，特别是今年以来取得一系列重要进展，已经实现了从基础科学向工程实践的重大跨越，从“跟跑”跃升至“并跑”甚至部分领跑，部分领域达到了国际前沿水平。大国崛起的背后都离不开能源革命，支撑中国未来实现民族复兴的能源革命就在于聚变。我国亟须加速突破聚变技术，抢占未来能源战略的制高点。

全球聚变历经70余年科研探索，科学可行性业已得到验证，目前处于工程可行性验证向商业化应用落地的关键过渡阶段。全球各国对聚变实现突破的信心大增，竞相加大相关领域的投入。同时，我们应看到，聚变技术难度超高、工程超级复杂，实现商业化并网发电仍需较长时期的技术攻坚。最关键的技术难题和挑战来自能量增益（Q值）与等离子体性能、建设成本、能量转换效率、技术成熟度、功率密度与可扩展性这几个方面。

《能源》：外界对于聚变的进展有个“还有50年”的说法，指代这一技术研发的难度和周期，似乎总是在50年后才落地。您如何评价当前聚变研发进展？它真的“还有50年”吗？

彭元凯：这一说法反映了聚变研发的历史困境，比如基础科学突破缓慢、工程复杂度高、资金投入周期长等。但当前进展已显著改变这一预期。首先，技术进步加速，高温超导磁体（如CFS公司）和新型位形（如仿星器、球形托卡马克）大幅提升了磁场使用和装置设计效率。其次，资本与政策推动，全球私人资本近5年投入超50亿美元，远超政府项目。美国Helion、中国星环聚能等企业计划2030年前实现示范堆。再次阶段性突破证明科学可行性已接近，2022年NIF实现净能量增益，托卡马克装置（如EAST）实现千秒级高约束模运行，环流三号实现分别的电子及离子一亿摄氏度温度，玄龙-50U氢硼等离子体实现100万安培电流等。聚变研发正从“永远50年”进入“10～20年”窗口期，商业公司的高效运作可能进一步缩短时间。