中美技术路线真的有不同吗？

由于NIF在2022年那次的“点火”实验过于出圈，不少人以为中国主要采用的是托卡马克实现可控核聚变，而美国人主要采用激光点火路线实现可控核聚变，但这是不准确乃至错误的。

从现有情况看，我们基本可以认为，中美在所有技术路线及聚变－裂变混合堆领域都在进行技术尝试。

在磁约束核聚变方面，毫无疑问全球排名第一的方向就是托卡马克路线。无论是国际上最重要的示范堆ITER还是中国的东方超环（EAST）、中国环流三号（HL-3），抑或美国能源部支持、位于普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的国家球形托卡马克实验（NSTX/NSTX-U）和源于麻省理工学院的联邦聚变系统公司（CFS）均为托卡马克装置（磁约束聚变）。

从短期看，随着位于四川成都的新一代人造太阳HL-3在3月28日首次实现离子温度与电子温度均突破1亿摄氏度（其中离子温度1.17亿摄氏度、电子温度1.6亿摄氏度的参数水平），其有望在未来5年内以技术调整而非大规模升级的方式，在国内首次开展氘氚实验，实现可观的聚变功率输出。在未来中国国内的主流可控核聚变装置发展路径也会主要沿着托卡马克的发展路径推进。

而在我们谈论激光可控核聚变的时候，必须要考虑激光可控核聚变的军事背景。从前文的原理描述中，可以清晰察觉到，其设计之初就有极其浓厚的军事因素。

这是因为，虽然大国对于核反应以及核武器都有较深研究，但是相关研究的经验成分相当高，核反应过程具有高度模糊性。所以大国都希望可以通过可控核聚变更精确地还原聚变的每一个过程，以更加优化原有的核武器，尤其是氢弹的设计路线。

或者更直白地说，如果能彻底搞清楚激光可控核聚变，并将其工程化，其相关数据分析将极大地加速新一代核武器，尤其是非原子弹扳机的氢弹（干净核武器）设计进度。

以美国的NIF为例，其位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）。该实验室由美国能源部国家核安全局（NNSA, National Nuclear Security Administration）管理。而NNSA是美国能源部内负责核武器安全、核材料管控、核不扩散等事务的半独立机构，直接服务于美国的核武器项目。

而一旦追根溯源，我们就会发现，劳伦斯利弗莫尔国家实验室与著名的洛斯阿拉莫斯国家实验室是美国两大为了核武设计而建立的机构。劳伦斯利弗莫尔国家实验室1952年由加州大学伯克利分校建立，原为劳伦斯伯克利国家实验室的分支实验室，1971年才成为独立实验室、归加州大学管辖。

与核武器高度相关的特点使其在民用应用领域具有天然劣势，在原子弹尚处于管控状态的今天，大规模商用可以直接为氢弹设计提供参数和原理验证的核装置明显不合时宜。出于国家安全考虑，短期内，我们很难想象，由国防产业和军队主导的激光可控核聚变装置会成为商用路线首选。这一点无论在哪个国家都是一样。

所以即使忽略靶丸成本因素，激光可控核聚变也会因政治与安全因素降低商用优先级。再考虑到Z-箍缩本身不是一种主流的发展方式，并且对于等离子体控制、超大电流负载等方面提出了极高的要求。因此可以得出一个结论：全球可控核聚变实现的关键在于磁约束聚变，实现的具体时间表将以托卡马克的发展时间表为准。

Zap Energy官网截图

现在美国偏重惯性约束的一个可能原因是，由于中国稀土管制，美国的磁铁供应出现严重问题，其中的代表就是著名的Z-箍缩路线公司Zap Energy，其官网上挂出的口号就是“无需磁体的聚变能源”。

托卡马克还需要50年吗？

虽然可控核聚变一直有个老梗“永远还差五十年”。但是从现在的工程发展的角度看，我们已经不需要再等50年了。因为在原子核温度突破亿度之后，我们就离实现可控核聚变只差临门一脚。

根据HL-3总设计师钟武律在社交平台上的文章，“双亿度”节点标志着我国在聚变能研发的道路上成功跨越了一道关键门槛——我国聚变装备具备了聚变燃烧相关的高参数运行能力。

钟武律进一步解释道，要实现核聚变，原子核的温度要超过1亿度。达到该温度后注入燃料，即可发生大规模聚变反应，这次实验的成果就意味着具备开展燃烧实验的基本条件了，这个门槛已经迈过去了。

美国、欧盟的两个托卡马克装置曾经实现燃烧实验，但均已退役，目前在运行的装置里面，还没有开展燃烧实验的。至于燃烧实验这个时间点选择，钟武律表示“我们希望能够通过两三年的时间，全面升级整个装置，然后再实现堆芯级参数的运行。”

而且钟武律展望称，“我们目前（HL-3）实验装置也才发挥40%左右的能力，下一步，我们对整个装置进行全面升级以后，将会达到我们的设计目标，聚变实验，优化运行方案，探索如何更加有效地提高‘聚变三乘积’，同时可以研究比如说阿尔法粒子的一些行为等前沿物理问题。然后，我们就要把聚变功率放大，让聚变功率的输出大于输入的功率，这是未来我们商用要实现的一个目标。

中国环流三号

换句话说，HL-3已经处于点燃可控核聚变的门槛附近，而且在经历升级之后，理论上可实现工程化验证，我们将拭目以待其能否实现短时间Q>1的目标。

更值得注意的是，我国的可控核聚变实验布局绝不仅仅聚焦于短时间Q>1的设备可行性验证。在中国现在的可控核聚变布局中，EAST和HL-3承担了两个不同的任务。

EAST主要承担了长脉冲科研需求，所以我们会看到，此前在1月20日，该装置成功率先实现了上亿摄氏度、持续1066秒的稳态长脉冲高约束模（H-mode）等离子体运行，再次创造了托卡马克装置高约束模运行新的世界纪录。而HL-3则承担了高参数的科研任务，所以“双亿度”等实验的重点主要由HL-3承担。

钟武律总师此前就在采访中表示可控核聚变要实现商用，要走过大约6个阶段，第一阶段是原理的探索，把原理走通；第二阶段就是要开展规模实验，要得到大量的数据，获得一些规律；第三阶段就是要开展燃烧实验，实现聚变反应、获得聚变功率；第四阶段，就要建造实验堆；第五阶段，示范堆；最后就是商用堆。

目前，从全球来看正处于燃烧实验到实验堆过渡的阶段。对于中国来说，首先得开展燃烧实验、获得聚变功率，下一步要建造聚变堆，开展相关工程技术的验证，来支撑在本世纪中叶实现聚变的商用。

这一表态也是本轮国内聚变热的核心驱动。可以说一旦HL-3和EAST在燃烧实验上实现突破，那么下一阶段以中国聚变工程实验堆（CFETR）和紧凑型聚变能实验装置（Burning plasma Experimental Superconducting Tokamak，缩写为BEST，中文名“夸父启明”）为代表的实验堆以及私人投资的实验堆将会批量上马。而这将牵引/带动整个行业的投资热潮。

这类实验堆将与HL-3以及EAST有较大不同，从设计上就更加贴近未来的商用堆，并解决未来实际使用中的一系列难题。要知道EAST和HL-3远非理想中的托卡马克装置，就以市场之前最关注的超导材料运用来说，EAST并没有使用高温超导磁体，而HL-3由于关注高参数冲刺，不需要长时间工作，且需要经常性进行细节调整，所以其在设计时就没有采用超导体。