中国发布HL-4托卡马克

在上海（Shanghai）举行的Fusion Energy Conference & Fusion Week 2026开幕式上，中国HL-4（环流四号）托卡马克的效果图正式发布。作为全球首个高温超导强磁场稳态燃烧实验平台，HL-4将实现稳态运行作为核心目标。

该装置将依托上海在高温超导、数字化和AI超级计算方面的综合优势，加快聚变技术的快速迭代。作为推动中国聚变能源向工程化和商业化应用转型的核心平台，HL-4的研制将进一步巩固中国在聚变领域的国际地位，并为未来聚变反应堆建设奠定必要的技术基础。

正在上海建设的HL-4设施将采用25特斯拉高温超导（HTS）磁体。这些磁体在大幅提高磁场强度的同时，显著缩小托卡马克所需的占地空间，并缩短其迭代周期。

“环流”可译为“循环”或“环形流动”，直接指托卡马克中用于扭转和约束等离子体的环形磁场。HL-1至HL-4均由位于成都（Chengdu）的Southwestern Institute of Physics（SWIP）设计。

HL-1建于20世纪70年代末，于1984年完工，是中国首座自主建造的大型托卡马克。它没有产生巨量功率，也未采用先进超导体，但使中国工程师掌握了真空室建造、基础磁线圈操作以及等离子体安全控制方法。此后，该装置升级为HL-1M，用于试验增强型等离子体加热技术。

HL-2A于2002年开始运行，并于2020年前后大幅升级为HL-2M。HL-2系列推动中国聚变计划迈入先进等离子体物理研究阶段。HL-2A对于研究“H模”（高约束模）至关重要，这是一种核电站所必需的超高效等离子体状态。升级后的HL-2M采用独特而灵活的磁体结构，可承受极端热负荷，并作为ITER（国际热核聚变实验堆）所用技术的实验台。

HL-3（最初称为HL-2M升级项目）是中国目前在运规模最大的常规铜线圈托卡马克。2023年，该装置因在高约束模下产生超过100万安培（1 MA）的等离子体电流而备受关注。它能够模拟真正燃烧反应堆的堆芯物理过程，但由于采用铜磁体，无法在不过热的情况下无限期运行。

HL-4将从HL-3获得的等离子体物理知识与HTS磁体相结合。这将彻底消除铜线圈的过热限制，推动中国从短脉冲物理实验迈向连续运行的工业化电力工程。目标设计旨在实现最低Q=5的聚变能量增益，最终电功率输出达到100～200 MWe。Q=5是物理学家用于描述核聚变反应堆效率的指标，意味着系统通过聚变反应产生的功率是注入等离子体加热功率的5倍。

上海首期设施计划于2027年调试，首条25 T HTS强磁场磁体研发与试验线计划于2028年建成。完整的原型磁体研制和设施建设预计将在本十年末完成，与中国推进聚变发电示范的整体部署相衔接。

中国HL-4托卡马克采用由高速AI超级计算驱动的实时数据驱动型数字孪生框架，其预测和修正等离子体混沌运动的速度超过人类操作员的反应速度。该系统为托卡马克腔室内的过热等离子体创建实时、高保真的计算机副本。HL-4实体装置上的数千个传感器通过高速边缘计算，将磁学参数、温度和密度的实时读数输入虚拟模型。

AI无需等待不稳定性实际发生，而是利用物理信息神经网络，在破裂发生前数百毫秒预测等离子体形状和电流变化。智能强化学习智能体会立即调整HTS磁场和加热输入，以抑制湍流并保持堆芯稳定。

中国的聚变路线图分为三条不同的研究路线：学术前沿平台EAST（Experimental Advanced Superconducting Tokamak）、近期国家示范过渡平台BEST（Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak），以及商业规模产业化框架HL-4。

EAST位于合肥（Hefei）的Institute of Plasma Physics（ASIPP），主要探索超长时间等离子体运行。该装置已证明能够长时间稳定维持1亿摄氏度的等离子体，但其依赖较旧且体积更大的低温超导（LTS）技术。

同样建于合肥的BEST，是连接聚变研究与国家电网的近期中间过渡平台。2026年年中，该装置成功试验了全球最大的582吨超导环向场磁体。BEST重点研究氘氚燃料混合物燃烧的基础物理问题，以产生中国首批聚变发电电力。

EAST和BEST采用传统巨型磁体，侧重实现国家推动的里程碑；上海的HL-4则完全依赖25 T HTS磁体。HTS带材可在略高的低温温度下运行，同时承受巨大的磁压力，这意味着HL-4反应堆可比BEST大幅缩小体积、降低成本并加快迭代，从而为经济型商业聚变电站确立技术蓝图。

为制造HL-4所需的复杂25特斯拉HTS磁体，中国已调动长江三角洲（Yangtze River Delta，YRD）顶尖的高科技产业集群。该地区汇聚了由国有企业、学术机构和专业化民营供应商牵头的紧密型创新联合体，其中包括：