★关注，从此你的世界多点科学~

锚 点

INTERVIEW

从牲畜到蒸汽再到电力，从生物能到化学能再到核能，历史上人类文明的每一次升级都离不开新能源。下一场能源革命将是可控核聚变，或者说，“人造太阳”。

从原理上讲，聚变能几乎取之不尽、用之不竭，因为其主要原料是宇宙中最丰富的氢元素——通过核聚变，1升海水所释放的能量抵得上300升汽油。

当今全球规模最大的国际合作科学计划是ITER，全称“国际热核聚变实验堆”。ITER集结了全球七方，包括中国、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度以及东道主欧盟。从某种意义上说，它承载着地球村全村的希望。

2025年浦江创新论坛期间，我们非常荣幸地见到了ITER副总干事罗德隆博士，并对他进行专访。罗老师的职业生涯可谓与ITER深度绑定。2003年，中国加入ITER的谈判就由他带队；2008年，他主导创建了中国国际核聚变能源计划执行中心，负责国内与ITER的对接。如今，他更是直接任职于ITER组织，反过来代表ITER与国内对接。这样的经历是独一无二的。他的讲述让我们领略到核聚变事业宏大如太阳的雄心与微妙至氚核的细节，也让我们更深入地认识了ITER的发展之路和未来挑战。

罗德隆

国际热核聚变实验堆（ITER）组织副总干事

Q：罗老师，可否先请您介绍一下核聚变？

A：

简言之，核聚变就是将两个自然界最小的原子核，即氢的同位素氘核和氚核，合成为一个更大的原子核，即氦-4原子核。

根据爱因斯坦的质能方程，当两个小的原子核相撞（核聚变）并形成一个大的原子核时，其质量会有损失，损失的质量会转化为能量。所有恒星发光发热的能量之源都是核聚变。

或许有人要问：人类为什么要开发聚变能？

现在当我们讨论碳中和、碳达峰问题时，会涉及很多不同的解决问题的路线，包括水力发电或以风能为代表的新能源，等等。而核能拥有多方面的优势，如今正发挥着越发重要的作用。

第一，聚变能是绿色能源，对环境友好，不产生任何污染物（包括温室气体）。第二，从能源角度来说，“燃料无尽”是非常重要的一点。而聚变能是取之不尽、用之不竭的，因为其“燃料”是氘和氚。从1升海水里提取的氘，通过聚变反应能产生相当于燃烧300升汽油提供的能量。虽然氚在自然界丰度不高，但可以通过与锂的相关反应实现人工制得。地球上锂的储量巨大，因此氚也算是无尽的。第三个优势在于核聚变具备固有安全性。相较核裂变而言，它不产生高放射性物质（产物虽然也存在一定放射性，但极少有半衰期很长的）。

所以，我们认为核聚变若能被和平利用，是可以成为人类未来的理想能源的。相比化石燃料、裂变燃料，它的优越性毋庸置疑。提出聚变能倡议后，世界上的核大国、科技大国全都积极参与，共同推动聚变能技术发展。

其实，用一句话描述核聚变就是“让两个小原子核变成一个大原子核”，如何让这个实现是我们每天都在努力追求的目标。

大家知道，原子核带正电，两个带正电的原子核，因同性相斥，很难聚到一起。这就需要把它们加热至极高温度——比太阳温度更高的1亿摄氏度！另一大要求是高密度。空间内的粒子必须足够密集，才能相聚。此外，保持高温、高密度状态的时间，即所谓约束时间，必须足够长。打个比方，现在装置内达到了1亿摄氏度高温，结果你往里加了点东西，温度很快就降下来了，这就无法达成聚变；加了东西还保持高温，才有望实现聚变。但这很困难，因为核聚变反应没有配套的“炉子”。

我们能源研究界有个“烧锅炉”的说法：先有个锅炉，再在锅炉里烧煤，那么锅炉的材料要能扛住煤燃烧的温度。但没有任何材料能用来做核聚变的炉子。人类目前能制备的最抗高温的材料，其耐热极限也不过3000到4000摄氏度。核聚变可是要达到千万摄氏度、亿摄氏度级别的。

我们选择用磁场，是因为它能约束带电粒子。也就是说，在核聚变装置的真空室内，用磁场控制等离子体中的离子，这时，磁场形成一个“磁笼子”，等离子体这团“火”——或者说“太阳”——悬在笼子中央。但这一控制过程是比较困难的。

正因为磁场控制方面的难点，核聚变电站至今仍未真正实现；要知道，核裂变电站都搞了大几十年了，技术相当成熟。

Q：原因就在于核裂变非常容易实现，所需条件为常温常压。裂变反应是自然过程。

A：

没错。裂变是自然过程——就像杯子掉地上摔碎那般自然。聚变相当于把碎片复原成杯子，那可难太多了。

Q：ITER的尺寸有多大？

A：

从外形上看，ITER很像去掉上方尖顶的天坛祈年殿。它是一个直径30米、高30米的圆柱体。这跟裂变电站是不一样的。

裂变电站内部基本上是空心的，用于放置燃料。聚变装置的大部分部件则装在内部，数量达上百万个，设备密度很大，内部空间很紧张，常出现空间不足导致修改设计的情况。

Q：似乎常有人拿ITER与埃菲尔铁塔“比大小”——他们比的具体是什么？

A：

主要比的是钢材用量。ITER反应堆内一个极为关键的部件是真空室，其所用的不锈钢的总重量相当于埃菲尔铁塔的重量。环形的真空室共包含9个真空室扇段模块，每个扇段上套两个环向场线圈，这些线圈环绕着环形真空室，负责产生环向场，而所谓环向场就是“环着走”的磁场。

每个环向场线圈的重量相当于一架波音747。与此同时，它也非常精细、复杂，线材直径大约为0.8毫米，比铅笔芯略粗一点。这个很细的线材内还含有上万根不同材质的超导丝。

那么，我们为什么要建如此之大的核聚变实验堆？过去，我们在合肥、成都等地的实验室也做过一些核聚变实验装置，但它们都称不上反应堆。从实验装置到真正的反应堆，至少要实现两方面质的飞跃。

一是温度梯度。中心温度高达1亿摄氏度，控制这1亿摄氏度的磁场却要运作于零下269摄氏度（4开尔文）的环境中。这么大的温度梯度在这么短的距离内太难实现了。我们尝试加真空或隔热之类的各种冷却方式，但这些都要求空间。另一大关键在于，能量集中之处，没有足够大的面积，因此单位热负荷过高，相关材料受不住。

当初我们做ITER的设计，经过了各种考量。

20世纪

中叶

苏联科研团队提出一种利用磁约束来实现可控核聚变的环形装置托卡马克。这为人类利用核聚变打开了一扇大门。

1985年

在美国和苏联的倡议下，ITER计划确立。欧盟和日本随后加入。

1988年

ITER组织在美国、德国和日本建立了三个联合研究中心，开始进行设计工作。

2001年

以全世界聚变研究的主要成果为基础，历经十三年努力，ITER的工程设计终于完成。

2003年

中国作为独立成员加入该计划谈判，承担ITER工程总造价100亿欧元的10%，与其他成员共享全部知识产权。

2006年

中国、美国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度七方代表正式签署联合实验协定，决定在法国南部卡达拉舍建设国际实验型热核反应堆，全面启动ITER计划。

Q：您现在担任ITER组织的副总干事。请问副总干事这一职务的职责有哪些？

A：

我们的班子实际上就三个人。一名总干事，两名副总干事，经过各方筛选、推荐后确定。副总干事分为科技副总干事和行政副总干事，我属于后者，负责涉及人事、财务、采购以及整个机构运行的相关事务。当然了，我不是做核聚变出身的。我的老本行是机械，过去总跟机床打交道，研究设备和工艺。

Q：这个背景与ITER的基建倒是有挺大关联的。

A：

没错，现在核聚变反应堆的建设会涉及很多机械方面的内容。

Q：中国在ITER中承担的主要任务有哪些？

A：

第一大块任务围绕磁体展开。我们的工作涉及环向场磁体、极向场磁体、校正场线圈、磁体馈线等。

第二大块任务是关于内壁的。工作涉及第一壁和屏蔽模块。第一壁部分，我们承担12%左右的任务量；在屏蔽模块上，我们负责50%。

第三大块任务聚焦电源。虽然ITER旨在生产未来能源，但现阶段我们需要用大量电力给它的线圈供能，从而将等离子体加热至1亿摄氏度。

Q：中国负责的技术部分算得上ITER核心技术吗？

A：

可以算。当然，我们与其他参与国家一样，都只做核心技术里的一部分。比方说，我们承担10%左右的具体工作，这涵盖约30%的核心技术。

Q：近些年，我常听闻有关ITER建设进度的消息。我了解到，中国团队负责的工作推进得很好，频频受到ITER组织赞扬——我们每次都保质保量地如期交付部件。另一方面，ITER整体进度的不断推后令人担忧。比如，我最早听说ITER时，此项目本该于2020年前建成，并且实现首次等离子体；不过等到2024年，我通过新闻了解到，实现时间被推后至2035年。这到底是什么情况？

A：

ITER建成时间不断延后，是因为起初大家过于乐观，对困难预估不足。上手之前，都觉得10年总该建成了吧；真做起来了才发现，没那么简单。实际上，很多大科学工程都如此。

ITER是首个核聚变反应堆，过去从未有类似的建设项目。各个国家所造的部件运至现场后，可能遭遇无法安装的情况。这就需要做修改了——可能一修就是一两年。

Q：这令我感到奇怪：部件运送前，难道没有跟图纸对照过吗？怎么会发生送到现场才发现装不了的情况？

A：

确实都对照过。但有时候问题难以避免。挑战主要来自两方面。前面我们提到的真空室及其包含的扇段，在设计上存有难点。

真空室扇段共有9个，总重量相当于埃菲尔铁塔，单个的规模可想而知。扇段并非整体制造，而是分四段加工；每一段完成机械加工、确定最终形状后，才会转入焊接工序。而焊接必定带来变形。

因此按道理讲，应当先焊接后加工。但如果先焊接，那焊出来的可是个大家伙儿！十几米长，几百吨重，没有任何机床能放下如此庞大的工件。所以我们又开发了新方法、新设备，耗费近两年时间去做调整、修复。

以目前的进度来看，似乎不存在不可逾越的障碍，ITER的成功值得期待。

Q：可控核聚变，还需要多久才能成功？近些年，我接触了一些核聚变领域的工作者，发现无论是学术界还是企业界的人，都怀有比以往乐观很多的预期。现在他们觉得，行业有望于2045年左右实现商业化的核聚变发电。您怎么看待这种预期？

A：

先要说明一点，ITER本身不是开发用来实现商业化发电的。另一方面，ITER在某些关键环节上仍面临尚未解决的难题。比如，ITER现阶段需要从外部购买氚，自身无力生产足够多的此类燃料；而且目前没有实证证明未来会有能力生产足量的氚燃料。究竟能否实现氚的自产自用（也就是氚自持）？这是个疑问。又如，当前ITER仍缺少具备足够抗辐照能力的材料。设备所用材料能否长时间“服役”尚未得到验证。

我认为，我们在聚焦ITER本身的同时，也应努力解决我刚提及的两个关键问题。基于已有的ITER核心，再加上燃料、材料方面的配套，才能真正做到靠核聚变发电——长期、稳定、有规模、商业化的聚变发电。

我们计划，聚变实验堆ITER建成后，再建聚变示范堆（DEMO），旨在实现真正意义上的聚变发电。我们期待，到二十一世纪的五六十年代，人们能见到商用的反应堆。

近些年，中国在可控核聚变领域取得了一系列突破性成果：

EAST是世界首个全超导托卡马克。2025年1月，它在安徽合肥刷新世界纪录，实现1亿摄氏度等离子体稳态运行1066秒，为长脉冲燃烧等离子体提供了关键验证。这标志着我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越。

“中国环流三号”是我国目前规模最大、参数最高的托卡马克装置。2025年3月，它首次实现原子核温度1.17亿度、电子温度1.6亿度的“双亿度”运行，聚变三乘积达10的20次方量级。这标志着中国聚变研究正式进入燃烧实验阶段。我国成为全球首个在运行装置中实现“双亿度”的国家。

BEST期望成为全球首个聚变能发电演示装置，体积较ITER缩小40%，功率密度提升3倍。2025年5月，它在安徽合肥启动总装，并计划于2027年建成。

Q：中国的核聚变研究走过了怎样的历程？目前在世界上处于什么水平？

A：

早在二十世纪五六十年代，中国已经有了相关研究。历经一代又一代发展，我们试过各种各样的概念，最终也选择了以托卡马克为主的路线。

如今西南物理研究院有“中国环流三号”，中国科学院等离子体物理研究所有正在运行着的EAST（全超导托卡马克核聚变实验装置，又称“东方超环”）和在建的BEST（紧凑型聚变能实验装置，又称“夸父启明”）。

加入ITER前，我国在聚变领域的投入相对较小，在国际上的地位比较靠后。加入ITER至今已有20余年，其间中国的聚变研究进展飞快。我个人判断，当前中国位居世界第一方阵——在设施建设方面尤为领先。从科学发现到技术进步，从运营管理到人才培养，我们都取得了非常重要的成果。

值得一提的是，在与聚变相关的一些“周边”科技上，也有令人惊喜的进展。比如，中国在某些超导技术方面曾长期依赖进口，如今在超导的一些性能上，我们已经能做出全世界最好的了。

Q：我也认识一些中国科学院等离子体物理研究所研究超导应用的科学家，从他们那里得知，我国得益于ITER的技术助力，将原本按公斤计的超导线年产量提升至如今以吨计的水平。

A：

没错，目前我们国家的相关出口很多。

Q：近些年，我发现可控核聚变的技术路线相当多元。除了最主要的托卡马克，还有以仿星器和惯性约束为代表的其他选项。（比如中国科学院院士张杰教授就致力于惯性约束路线。）其他学派的专家也都预期能在2045年实现商业化发电。您对其他技术路线有何看法？

A：

我认为，丰富多样的路线尝试对聚变领域的发展有积极意义。

以仿星器为例，它的优势在于不会发生破裂，因为它无需靠等离子体电流产生磁场，而是借助外部线圈实现对等离子体的磁约束，从而规避了等离子体电流的不稳定性问题。托卡马克则存在破裂风险。从物理层面看，仿星器是更容易的选择。但在工程上，仿星器太难了，因为它那如麻花般的三维螺旋结构线圈太过复杂——通过外部线圈设计来控制好内部等离子体的形态是一项艰巨挑战。不过，仿星器相关的一些实验成果和研究经验对ITER有着很重要的意义。

惯性约束聚变的工作原理是这样的：利用超强激光聚焦装有氘和氚的微型燃料靶丸，在极短时间内向靶丸表面输注能量，令其向外爆炸并产生向内的反作用力，反作用力压缩内层燃料，压到一个极小的体积，进而产生极高的密度、极大的能量——靶丸内的原子核密度堪比太阳核心而温度超过太阳核心。由此聚变瞬间发生。

Q：2025年浦江创新论坛的主题为“共享创新 共塑未来：构建开放合作的全球科技共同体”。我觉得“共享创新 共塑未来”的理念与ITER完美适配。关于构建开放合作的全球科技共同体，您有何心得与建议？

A：

我对此感触颇深。在我看来，ITER本身就是一个小规模的全球科技共同体，集结了各国力量，汇聚了不同体系与文明下的智慧。ITER的参与者们来自五湖四海，为共同目标而努力，力求解决全人类的能源问题。在当前这般百年未有之大变局的国际地缘政治环境下，大家聚一块儿工作是美好且宝贵的经历。

面对共同的问题，人类愿意求同存异、携手合作，也通过实际行动证明了合作绝对可行、充满可能。ITER就是范例。

Q：您认为核聚变领域亟待攻克的核心问题，或者说，下一个锚点是什么？

A：

在我看来，核聚变未来的关键词是“持之以恒”。

我们在这行干了很多年，未来还要继续干，努力解决问题，最终建成ITER。建设之路需要我们持之以恒。同时，宇宙中所有“恒星”产生能量的方式都是聚变。我希望核聚变领域的同仁们继续坚持，以实现“人造太阳”——“人造恒星”。

袁岚峰

《锚点》科学对谈人

-本文刊载于《世界科学》杂志2026年第2期“锚点”专栏，该专栏由《世界科学》编辑部和东方卫视《锚点》节目组联合开发；《锚点》系列节目由中国科学技术大学科技传播系副主任袁岚峰研究员主持-