未来能源，照亮人类的未来

　　能源，是人类文明的基石。然而，传统能源的枯竭危机与环境重压，让寻找可持续的未来能源成为重要的时代命题。令人欣喜的是，一批创新性能源技术正蓄势待发：“人造太阳”点燃终极能源梦想，液氢为多元能源体系提供稳定支撑，月球氦-3开辟太空能源利用新疆界……这些技术既是破解当下能源困境的钥匙，也是塑造未来能源格局的支柱，它们的每一次进步，都将重构人类与能源的关系，照亮人类文明的永续征程。

　　“人造太阳”：为人类提供“终极能源”

　　作者：孔德峰（合肥综合性国家科学中心能源研究院聚变研究中心主任）

　　太阳，滋养了地球万物，其能量来源是什么？诸多科学家发现，太阳能量来自氢等轻元素的核聚变。这让人们看到核聚变能源的广阔前景，不少人将它称为人类的“终极能源”，在地球上开发的可控核聚变装置便被称为“人造太阳”。如果能利用可控核聚变反应在地球上造出一个“太阳”，人类就如同拥有了一座原料不竭且无污染的发电厂，能实现水清天蓝、能源永续，并可利用这种高效能源飞出太阳系，成为真正的太空文明。

　　合肥的“东方超环”全超导托卡马克装置。胡海林摄

　　为此，全球科学家已经努力70余年，我国开展可控核聚变研究也已超过半个世纪，并由早期的跟跑、并跑，发展到部分领跑阶段。

　　2025年，合肥的“东方超环”全超导托卡马克装置已经实现了1066秒的长脉冲高约束模放电，但是其能量约束时间为0.1~0.2秒。

　　这意味着什么？

　　影响可控核聚变实现的是三个核心参数的乘积：等离子体温度、密度、约束时间。温度是实现核聚变的必要条件，对于氘氚聚变来说，其合适的聚变温度在1亿度到2亿度之间，对于氘氘聚变及氢硼聚变，其合适聚变的温度需要再提高10倍以上。密度越高，原子核碰撞越多，聚变功率越高。

　　能量约束时间比较难理解。简单来说，它是指每个粒子平均参与聚变的时间。由于原子核的体积非常小，每次碰撞，撞到一起的概率非常小，即便正面碰到一起，也不一定能发生原子核聚变融合。如果一次没碰撞上，两个粒子朝着反向飞远，那之前加速粒子所花费的能量，就白白浪费了。

　　因此，我们需要设计这样一种环境，使得两个粒子第一次没有碰到，下次还有机会再发生碰撞。这就像在操场的环形跑道跑步的两个人，只要保证这两个人始终留在跑道上，第一次相遇没有碰到一起，那绕一圈后总还能再碰上。而能量约束时间，可以认为是这两个人在跑道上的平均停留时间。

　　要真正实现发电，核聚变实验装置必须能达到上亿度高温、长时间稳态运行，并且具有可控性。因此，“东方超环”一方面创造了新的世界纪录，对人类加快实现聚变发电具有重要意义；另一方面，还需要继续延长能量约束时间，至少要达到数秒量级，保证等离子体之间的充分碰撞时间，才有可能实现聚变输出能量大于输入能量。目前提高能量约束时间最有效的手段是提高聚变堆中超导磁场强度，而这意味着成本的大幅上升。

　　因此，距离未来建成聚变电站，我们还有很长的路要走。

　　探究可控核聚变的发展历史会发现，可控核聚变领域的竞争，更多的是综合国力的竞争。可控核聚变涉及的学科种类繁多，技术门槛高、工程复杂，具有漫长创新链和产业链，这使得其发展并不依赖某一项或某几项技术突破，而是有赖于整体技术工程水平、人才和产业优势的提升，因此需要鼓励国内更多企业和高校院所研发团队参与其中。

　　液氢:为多元能源体系提供稳定支撑

　　作者：王 辉（中国航天科技集团有限公司第六研究院研究员）

　　液氢是破解氢能大规模储运瓶颈的核心路径。相较于高压气态储氢，其单位体积氢质量密度更高，输运能耗损失降低约30%，安全性更优；与固态储氢相比，液氢无需复杂吸氢、释氢环节，使用便捷且配套成本更具规模化潜力。同时，液氢可弥补管道输氢建设周期长、基建投入大、储存不灵活等短板，实现点对点配送。

　　凭借其高能量密度，液氢可适配重型卡车、远洋船舶、航空等长距离大运量场景，如液氢燃料电池重型卡车续航达到1000余公里，优于传统动力电池。在能源领域，液氢作为长周期大容量储能载体，可将新能源间歇性电力转化为化学能，解决可再生能源供需空间错配问题，提升电网稳定性与清洁能源消纳能力。在工业领域，高纯度液氢是绿色化工、半导体制造的关键原料。作为航天航空领域核心的推进燃料，液氢也是未来太空探索的理想能源动力之一。

　　液氢重型卡车。作者供图

　　此外，液氢的规模化应用可牵引上游绿电制氢升级，带动中游低温装备与高端材料创新，激活下游多元应用，构建“新能源发电制氢—储输—用氢”闭环，降低化石能源依赖，增强能源供应安全性与多元化，助力我国在全球能源转型竞争中占据主动。

　　当前，我国氢液化、低温储运、加注等核心环节均实现全面突破，已落地2~10吨/天氢液化装置，单位能耗降至12度电以下。30吨级氢液化工艺已完成研制，装置单位能耗低于10度电，低温储罐日蒸发率稳定在0.3%以下，核心设备国产化率超过90%。目前，四川攀枝花、安徽阜阳等地依托风光基地已构建“绿电制氢—液氢储输—加注”雏形，多个示范项目稳定运行。

　　然而，液氢规模化发展仍面临多重挑战。在成本端，尚未形成规模生产模式，中小液化工厂能耗与运维成本偏高，低温储输设备初期投入大，终端价格高于传统能源；在安全端，零下252.78℃的液氢沸点对全环节安全管控要求较高，部分细分领域安全标准不完善，风险检测预警与应急体系有待健全，相关人员培训缺乏统一标准；在基础设施方面，液氢加注站规划少、建成少，船舶与跨区域管道运输仍处于试点阶段，物流保障能力不足，制约市场推广。

　　如何破解上述难题？笔者认为，应以降本、安全、标准化为主线，推动“政策—场景—技术—产业”协同发展。政策方面，要完善标准规范，加大差异化补贴力度，引导社会资本投入；场景培育方面，要优先在港口物流、重型货运等领域示范推广，形成技术迭代与规模效应的良性循环；技术方面，要加强产学研协同，不断攻克核心技术，提升国产化率；产业方面，要组建产业联盟整合资源，构建规模化生产基地与基础设施网络。

　　氦-3:为人类能源结构带来深刻变革

　　作者：李军杰（中核集团核工业北京地质研究院正高级工程师）

　　氦-3是一种惰性气体，在多个前沿科学领域扮演着不可替代的角色。在低温制冷领域，氦-3可为超导量子计算芯片、精密量子器件等研究提供接近绝对零度的极低温环境；在中子探测技术领域，氦-3是核电站辐射监测、隐藏核材料核查等领域高性能中子探测器的核心材料……

　　虽然氦-3已在众多科学领域“大显身手”，但更让科学界寄予厚望的是，氦-3有望作为未来潜在核聚变燃料，为人类能源结构带来深远变革。与当前主流研究的氘氚核聚变相比，氦-3聚变不产生中子，这不仅能显著降低反应装置的放射性损伤，而且几乎不会产生放射性核废料，因而被誉为一种潜在的清洁核聚变燃料。

　　之所以被称为一种“潜在”的核聚变燃料，主要源于氦-3聚变反应依然面临两大根本挑战：一是发生氦-3聚变反应极端苛刻的物理条件，二是氦-3资源的极端稀缺性。

　　首先，相比于氘氚聚变反应，氦-3原子核间的库伦排斥力更强，要实现聚变所需的核“碰撞”，就需要更高的温度和压力。理论计算表明，氦-3聚变点火所需温度高达约10亿℃，比氘氚核聚变反应所需的约1亿℃高出一个数量级，这对等离子体加热技术、稳态约束技术以及面向极高温的材料设计都提出了极致挑战。

　　其次，地球上氦-3资源的极端稀缺性，是制约氦-3核聚变反应研究的另一主要障碍。据保守估计，地球上可提取的氦-3的天然储量不足0.5吨，规模化利用可行性极低。因此，国际上开始将开发氦-3资源的目光投向月球，由于月球无磁场保护，含有大量氦-3粒子的太阳风会直接到达并轰击月球表面，从而将氦-3注入月表的月壤中被保存，可以说，月壤是氦-3资源的天然储库。估算显示，月壤中氦-3的总储量可达百万吨级，若能实现开采，理论上可支持人类数千年的清洁能源需求。

　　嫦娥六号模型。新华社发

　　然而，月球氦-3资源的开采面临巨大的技术壁垒，涉及月球基地建设、氦-3资源原位提取、月地运输等复杂的系统过程，需要在技术可行性、工程可行性、经济可行性等方面进行充分考虑及权衡。

　　笔者认为，现阶段集中力量突破技术相对成熟的氘氚聚变，仍是实现可控核聚变能源的最优先路径。在此基础上，逐步发展高温等离子体物理、先进聚变材料以及月球氦-3资源开采等关键技术，进而为未来氦-3聚变的研究奠定坚实基础。虽然氦-3聚变能源之路较为漫长，但这一征程上每一个关隘的攻克，都将为人类能源的未来垒砌坚实的台阶。

　　《光明日报》（2026年01月22日 16版）