2026核聚变能科技与产业大会 - 大会全称为“2026核聚变能科技与产业大会”，主题为“聚核之力，创见未来”，关键词是“科技”和“产业”，标志着可控核聚变正从实验室研究迈向产业化阶段 [1] - 大会举办地选在合肥庐阳区的聚变堆主机关键系统综合研究设施园区，旨在现场展示科研“硬货”，并汇聚科学家、工程师、企业家和投资人共同商讨产业化路径 [2][3] 中国核聚变技术进展与里程碑 - 全超导托卡马克装置“东方超环”（EAST）在2025年实现1亿摄氏度高温下等离子体稳定运行1066秒（即“亿度千秒”），这是未来聚变能发电的重要条件，被视为从科学研究转向工程应用的关键拐点 [3][4] - “中国环流三号”（HL-3）在2025年首次实现原子核温度和电子温度均超过1亿摄氏度的“双亿度”等离子体运行，标志着中国聚变研究进入“燃烧实验”阶段 [8] - 2026年1月，中国团队在EAST装置上实验证实了理论预测的“密度自由区”存在，突破了传统“密度极限”认知，为未来提升聚变反应堆能量输出效率提供了新思路 [12][13][14][15][17] 中国核聚变发展战略与项目布局 - 中国核聚变发展遵循清晰的“三步走”战略：从EAST的科学实验，到紧凑型聚变能实验装置（BEST）的发电演示，再到聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT，即“夸父”）的工程支撑 [10] - 下一代“人造太阳”BEST计划于2027年建成，力争在2030年实现全球首次聚变能发电演示，时间上早于国际合作的ITER项目 [10][26][27] - 中国计划在2035年左右建成首个工程实验堆，并力争在2040年至2045年间建成首个商用示范堆，让人类用上聚变能源 [28][29][30] 合肥作为聚变产业中心的优势 - 合肥科学岛和未来大科学城已形成国内独一无二的核聚变大科学装置集群，包括EAST、CRAFT和BEST，吸引了全球科学家和工程师 [17] - 合肥区域的聚变相关专利数量占全国总量的37%，显示出极高的创新密度 [18] - 合肥通过整合“政、产、学、研、金、服、用”资源，形成了强大的创新生态系统，将科研优势转化为产业优势，并正在形成一条完整的聚变产业链 [20][22] 全球核聚变产业化竞赛与产业生态 - 全球已进入“能源登月竞赛”，美国Helion Energy的商用聚变电厂已动工，英国Tokamak Energy计划2034年建成试验工厂，国际ITER计划预计2035年开始氘氚聚变实验 [30] - 根据同花顺数据，A股“可控核聚变”概念上市公司有47家，分布在15个省份，形成了以合肥、上海为核心的“江浙沪徽产业圈”和以成都、西安为核心的“装备产业圈” [23] - 这些企业不仅为国内EAST、BEST等项目供货，也是国际ITER计划的核心供应商 [23] 商业化挑战与前景展望 - 商业化面临三大挑战：1）需要能承受上亿度高温和强烈中子辐照的“超级材料”，以及实现燃料“氚”的自给自足；2）工程集成复杂度极高；3）建站成本预计达千亿级别，且产业链与监管法规尚不成熟 [31] - 尽管挑战巨大，但2025年的密集突破表明行业已告别黑暗摸索，中国力争2040-2045年建成商用堆的时间表，使得当代人极有可能见证并使用聚变能源 [29][30][32][33]

研究核心突破 - 中国科研团队在托卡马克核聚变研究中取得重大突破，其关于边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型的研究成果登上Science子刊[1] - 该研究从实验上确认了托卡马克运行中长期存在的密度极限背后机理，并证实了“密度自由区”的存在，成功突破密度极限，为聚变点火提供了新路径[3][4] 密度极限的重要性与挑战 - 根据劳森判据，聚变反应条件取决于等离子体密度、温度及能量约束时间的乘积，聚变输出功率密度与等离子体密度的平方成正比，提升密度是获取高聚变增益最高效的路径[5][7][8] - 托卡马克运行存在“格林沃尔德密度极限”这一经验性天花板，一旦线平均密度超过临界值，会导致等离子体约束性能恶化并引发大破裂，对装置造成损伤，因此绝大多数装置只能运行在极限值的0.8到1.0倍以下[9][10][12][14] - 格林沃尔德极限缺乏明确的物理机理支撑，从物理上解释并突破该极限是聚变物理界的核心难题[14][15] 突破极限的理论模型：PWSO - 研究引入并验证了边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型，将核心等离子体与装置内壁视为一个通过杂质辐射紧密耦合的自组织系统[16] - 该模型指出密度极限源于等离子体与壁相互作用过程中的一种热-辐射反馈机制的失稳，并推导出包含等离子体输运参数和壁相互作用物理量的临界密度极限公式[18][21][22] - 理论揭示了临界密度与垂直扩散系数成正比，与杂质比例及辐射冷却率成反比，并且与偏滤器靶板温度及溅射产额存在高度非线性依赖关系[23][24] - PWSO理论预言托卡马克运行存在两个“吸引盆”：传统的“密度受限区”和理论上预言的“密度自由区”，进入后者的关键在于将偏滤器靶板温度压低至物理溅射阈值以下，以切断杂质来源[25][27][29][30][36] 实验验证与关键发现 - 研究利用全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）的全钨偏滤器硬件优势进行验证实验，采用电子回旋共振加热辅助欧姆加热，并协同施加远超常规水平的预填充中性气体压力[39] - 实验数据显示，装置的线平均电子密度长时间稳定维持在格林沃尔德极限值的1.3倍至1.65倍之间，远超过去0.8到1.0倍的常态，且未出现高密度运行常伴随的磁流体大破裂[41][42] - 在特定高气压辅助下，随着加热功率增加，偏滤器靶板附近的等离子体温度反而显著下降，使其成功低于钨材料的物理溅射阈值，从而切断了杂质来源，标志着装置成功跃迁至“密度自由区”[43][46][47] - 这一发现证实未来的聚变堆可通过优化启动策略和壁条件控制，在不主动注入杂质的情况下实现高密度稳态运行[47][48] 研究团队与意义 - 本项研究由华中科技大学、中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所以及法国艾克斯-马赛大学联合开展，EAST团队整体参与[49][51] - 论文第一作者为华中科技大学刘家兴，通讯作者为华中科技大学朱平教授与中国科学院合肥物质科学研究院严宁教授[50] - 该突破为人类最终突破聚变密度瓶颈、实现聚变点火开辟了全新路径[48]

核心观点 - 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所等团队在全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）上取得重要成果，首次通过实验证实了托卡马克“密度自由区”的存在，揭示了“密度极限”的触发机理，为未来聚变堆实现高密度、经济性运行提供了关键物理依据 [1][3] 实验成果与理论突破 - 研究团队基于新发展的边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型，发现了边界杂质引发的辐射不稳定性在触发密度极限时的关键作用，并预测了密度极限之外的密度自由区 [3] - 在EAST装置的实验中，通过利用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，减少了装置边界的杂质溅射，延迟了密度极限的到来和等离子体破裂的发生 [3] - 通过调控靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质造成的物理溅射，使等离子体成功突破了密度极限，并平稳进入了预测中的密度自由区，实验结果与PWSO理论预测高度吻合 [3] 研究意义与行业影响 - 该成果为聚变界理解“密度极限”这一长期存在的经验定标提供了重要线索 [1][3] - 对于未来聚变堆，聚变功率与燃料密度的平方成正比，因此高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择，该研究为托卡马克实现高密度运行提供了重要的物理依据 [1][3] 研究背景与技术支撑 - “密度极限”是20世纪末发现的纯经验定标，超过该极限的托卡马克运行将引发等离子体破裂，巨大能量会瞬间释放到装置内壁，影响装置的安全运行 [1] - 国际聚变界虽通过完善跨装置经验定标，并在特定条件下获得了超密度极限运行，但对其中的物理机制并不十分清楚 [1] - 研究的顺利完成得益于EAST先进的全金属壁实验平台和开放合作的提案协调机制 [4] - EAST装置近年来在密度、温度、辐射、杂质等参数的精确测量，以及电子回旋共振高效加热技术等方面的升级，为本次研究提供了重要技术保障 [4] 合作与支持 - 该项工作由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、华中科技大学、法国艾克斯—马赛大学等单位协作完成 [4] - 研究受到了国家磁约束聚变专项的支持 [4]