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title: "中國人造太陽密度達1.65倍的成果與限制"
locale: zh-hant
category: knowledge_base
category_name: "知識庫"
translation_status: reviewed
license: cc_by
author: "injoys"
source_url: https://injoys.com/en/articles/china-artificial-sun-east-greenwald-density-limit
published_at: 2026-10-13T12:06:02+09:00
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# 中國人造太陽密度達1.65倍的成果與限制

> 中國EAST的電子密度達到格林沃爾德基準的1.3~1.65倍。這是高密度運行研究的成果，但不能證明已實現商業發電，也不能證明美國喪失了技術競爭力。

## Key Points

- EAST研究團隊報告，線平均電子密度達到格林沃爾德基準的1.3~1.65倍。
- 格林沃爾德極限是從實驗得出的經驗性基準。
- 這次實驗調整了初始氣體條件與電子迴旋共振加熱。
- 要實現商業發電，除了高密度運行，還需要驗證淨電力產出與燃料供應。
- 不能僅憑各國的論文指標判斷誰會在核融合產業勝出。

中國 EAST 的電子密度達到格林沃爾德基準的 **1.3~1.65 倍**。這項成果擴大了高密度運轉的可能性，但並未證明核融合已能商業發電，也不能證明美國的技術霸權已經終結。

實驗數據以 2026 年 1 月發表於 Science Advances 的論文為準。

## 中國人造太陽 EAST 是什麼？

EAST 是利用磁場約束電漿的超導托卡馬克實驗裝置。托卡馬克是在甜甜圈形狀的空間中維持電漿的裝置。人們有時會用「人造太陽」來通俗地稱呼核融合研究裝置。

核融合是輕原子核結合並釋放能量的反應。電漿是電子與離子分離的物質狀態。若要用於發電，就必須在足夠的溫度與密度下有效約束能量。

| 術語 | 意思 | 解讀這項成果時應注意的區別 |
| --- | --- | --- |
| 電漿密度 | 一定體積內的粒子數量 | 與溫度或發電量不同的指標 |
| 線平均電子密度 | 沿測量路徑計算的平均電子密度 | 有別於中心某一點的密度 |
| 能量約束 | 維持電漿能量、不讓能量流失的能力 | 需要與提高密度分開驗證 |
| 淨電力 | 扣除發電廠自身耗電後，對外供應的電力 | 判斷商業發電的指標 |

EAST 研究測量的是線平均電子密度。因此，不能將結果解讀為發電量也增加了相同倍數。實驗範圍可參閱 [EAST 論文摘要](https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12757026/)。

## 格林沃爾德極限是絕對的自然法則嗎？

格林沃爾德極限是從托卡馬克實驗得出的經驗性密度基準。基準密度根據電漿電流和截面大小計算，並非規定所有裝置都適用同一最大粒子數的法則。

密度升高時，在特定條件下會更難維持電漿。尤其是邊緣冷卻和雜質輻射可能造成影響。因此，提高密度的同時，也必須控制壁面附近的狀態。

在 EAST 之前，就已有超過格林沃爾德基準的案例。美國 DIII-D 於 2024 年報告同時達成高密度與高約束性能。因此，將這項成果稱為人類首次突破極限並不準確。[美國能源部研究說明](https://www.energy.gov/science/fes/articles/ground-breaking-efforts-overcome-operational-limit-tokamaks-advancing-efforts)

## EAST 改變了哪些條件？

研究團隊同時調整了啟動初期的氣體條件與電子加熱。主要加熱方式是電子迴旋共振加熱，也就是利用微波將能量傳給電漿中的電子。

| 調整或分析的因素 | 確認的作用 | 應避免的解讀 |
| --- | --- | --- |
| 初始燃料氣體條件 | 從啟動初期調節電漿與壁面的相互作用 | 特殊氣體像安全氣囊一樣吸收衝擊 |
| 電子迴旋共振加熱 | 影響初始加熱條件及後續達到的密度 | 使粒子變軟，消除碰撞 |
| 壁面附近的電漿狀態 | 有助於抑制鎢雜質產生與能量損失 | 透過無限自動塗層完全阻絕雜質 |

中國科學院指出，鎢雜質的物理濺射減少了。濺射是粒子撞擊表面，使原子脫離的現象。減少濺射，就可能降低雜質造成的輻射損失。[中國科學院研究公告](https://www.cas.cn/syky/202601/t20260106_5095303.shtml)

研究團隊以電漿與壁面的自組織理論解讀結果。這套理論的縮寫是 PWSO。「自組織」這個名稱本身並不代表自動塗層技術。

將成果描述為利用現有裝置改進運轉方式，是合理的。但若將其限縮為純軟體成果，就會忽略實驗條件。實際上，加熱裝置、氣體供應與壁面狀態共同發揮了作用。[研究團隊公開的稿件](https://arxiv.org/html/2505.02710v1)

## 1.65 倍密度的計算範例

格林沃爾德基準的 1.65 倍，表示密度比基準高 65%。1.3 倍則表示密度比基準高 30%。兩個數值都是 2026 年 1 月發表的研究所報告的密度比值。

| 研究中的密度比值 | 相對基準的增幅計算 | 意思 |
| --- | --- | --- |
| 1.3 倍 | (1.3 - 1) × 100 = 30% | 密度比格林沃爾德基準高 30% |
| 1.65 倍 | (1.65 - 1) × 100 = 65% | 密度比格林沃爾德基準高 65% |

若把 1.65 倍寫成增加 165%，就會誇大增幅。此外，這項計算並非與 EAST 先前的最高紀錄相比。分母是在相應條件下的格林沃爾德基準密度。

## 密度紀錄與發電成果的比較

密度紀錄必須與商業發電成果分開評估。核融合輸出也受到溫度和燃料組成影響。若是發電廠，還必須計入電力轉換損失及設備耗電。

| 指標 | 可確認的內容 | 單憑該指標無法得知的內容 |
| --- | --- | --- |
| 密度比值 | 相對基準達到的電子密度 | 發電量 |
| 約束性能 | 維持電漿能量的能力 | 整座發電廠的能源收支 |
| 核融合增益 Q | 核融合輸出與外部電漿加熱輸出的比值 | 扣除設備總耗電後的淨電力 |
| 淨電力與運轉率 | 對外供電量與實際可運轉時間 | 長期發電成本與獲利能力 |

ITER 將 Q 解釋為核融合輸出與外部加熱輸出的比值。這個比值並未直接納入發電廠的全部耗電。因此，高 Q 與產生淨電力也必須區分。[ITER 對能源增益的說明](https://www.iter.org/fusion-energy/what-will-iter-do)

EAST 的研究公告將進一步驗證高性能條件列為下一項課題。在 2026 年 1 月發表時，研究團隊計畫將其應用於高約束運轉。無法根據這篇論文計算發電成本或商業化時間。[中國科學院新聞稿](https://www.eurekalert.org/news-releases/1111089)

## 對核融合燃料與廢棄物的常見誤解

若將核融合描述為只靠海水就能持續運轉、且不產生廢棄物的發電方式，並不準確。較具前景的發電方式使用氘和氚作為燃料，兩者的取得條件不同。

- 氘是可以從水中取得的氫同位素。
- 氚是自然界中罕見的放射性同位素。
- 為了實現氚的自給自足，研究人員正在開發利用鋰生產氚的技術。
- 受到中子照射的結構材料可能帶有放射性。

美國能源部將氚生產與燃料自給列為研究課題。也需要回收並重複使用燃料的系統。原料潛在的豐富程度，與發電廠能否實現燃料自給，是兩回事。[美國能源部核融合燃料說明](https://www.energy.gov/science/doe-explainsdeuterium-tritium-fusion-fuel)

核融合也面臨受活化結構材料的管理問題。活化是物質受到粒子照射後帶有放射性的現象。廢棄物的性質取決於使用的材料與設計。[美國能源部核融合概述](https://www.energy.gov/topics/fusion-energy)

## 中國的成果代表美國技術霸權終結嗎？

不能單憑 EAST 的成果判斷美國的技術霸權已經終結。有證據顯示中國發表論文的能力正在提升，但論文指標並不直接衡量核融合發電廠的競爭力。

Springer Nature 在 2025 年發布的資料中，說明了中國研究貢獻的增加。該資料涵蓋的數據期間是 2024 年。Nature Index 的 Share 是依作者所屬機構分配的論文貢獻指標。[Springer Nature 的 2025 年公告](https://group.springernature.com/cn/group/media/press-releases/nature-index-research-leaders-/27786652)

比較國家之間的差距時，必須使用相同的領域與期間。Nature Index 也會隨數據變動更新過往年度的表格。因此，缺少來源與版本資訊的比值很難重現。[Nature Index 表格與方法說明](https://www.nature.com/nature-index/research-leaders/2025/country/all/global)

| 要判斷的對象 | 所需依據 |
| --- | --- |
| 論文發表能力 | 相同領域、期間與版本的研究指標 |
| 電漿控制性能 | 載明運轉條件與測量方式的實驗結果 |
| 發電廠競爭力 | 淨電力、運轉率、建設成本、維護費用 |
| 供應鏈競爭力 | 實際合約、生產能力、品質驗證、交貨期限 |

也很難只憑差旅費不足的個別案例，評估美國整體的研究能力。這類主張必須查核相關機構、活動與預算依據。反過來說，也沒有理由貶低 EAST 的成果。

## 韓國企業與核融合供應鏈的機會

韓國企業的機會，應根據實際供貨能力與合約判斷。韓國參與核融合供應鏈已有可查證的先例。ITER 於 2013 年宣布，韓國已完成鈮-錫超導線材的生產。[ITER 的韓國採購成果](https://www.iter.org/node/20687/korea-completes-niobium-tin-strand-production)

運轉控制的進步不會讓磁鐵與結構材料變得不必要。ITER 的磁鐵使用鈮-錫和鈮-鈦。因此，將整個超導體供應鏈等同於稀土供應鏈並不準確。[ITER 磁鐵構造](https://www.iter.org/machine/magnets)

| 領域 | 作用 | 確認商業可行性的依據 |
| --- | --- | --- |
| 控制與診斷 | 測量電漿狀態並控制運轉 | 在實驗裝置上的應用與性能驗證 |
| 超導磁鐵 | 產生約束電漿的磁場 | 線材與磁鐵的供貨合約及交貨紀錄 |
| 壁面材料與熱管理 | 建造可承受熱與粒子負荷的結構 | 運轉環境下的壽命測試 |
| 燃料循環 | 氚的生產、回收與再利用 | 燃料處理與自給性能的驗證 |

上述分類是從發電廠所需功能推導出的分析，並非對特定企業營收成長的預測。評估企業時，請查閱公開資訊中的合約範圍與交貨條件。

## 太陽能與核融合的產業化比較

目前缺乏充分依據，將太陽能擴大市場的路徑直接套用於核融合。除了電漿運轉，核融合仍有設備方面的課題待解決。美國能源部將燃料循環視為獨立的技術課題。[核融合燃料循環說明](https://www.energy.gov/articles/fusion-st-roadmap)

| 比較項目 | 太陽能 | 核融合 |
| --- | --- | --- |
| 能量轉換 | 將光轉換為電力 | 需要回收核反應能量並轉換為電力 |
| 運轉燃料 | 不需要在現場供應核燃料 | 氘與氚的方式需要燃料循環 |
| 擴大應用的前提 | 重複安裝經過驗證的模組與系統 | 需要驗證發電廠層級的整合性能 |
| 成本評估 | 可依實際安裝與運轉成果評估 | 無法僅憑個別研究成果估算商業發電成本 |

大量生產可能降低成本，與商業發電能否實現，是兩種不同的主張。EAST 論文並非計算前者的成本研究，不能用來斷定中國將主導市場。

## 比較核融合紀錄時應確認的項目

比較紀錄時，請一併確認數字與實驗條件。只憑密度倍數，很難判定裝置孰優孰劣。依照以下順序閱讀，可減少混淆不同成果的可能性。

1. 確認測量值是電子密度還是燃料密度。
2. 確認是平均值還是中心值。
3. 區分啟動初期與維持高性能的階段。
4. 確認相應條件的維持時間與約束性能。
5. 區分密度紀錄、能源增益與淨電力。

這些項目是比較研究成果的查核標準。各項數值可在論文的實驗方法與結果中確認。也請一併記錄研究機構的公告日期與實際數據期間。

## FAQ

### 中國的「人造太陽」進行了發電實驗嗎？
這項研究的核心是高密度電漿運轉，並非證明扣除電廠整體耗電量後仍能產出淨電力的實驗。

### 1.65 倍是以什麼為基準計算的？
這是與該運轉條件下的格林瓦爾德基準密度相比的數值。2026 年 1 月發表的研究報告了線平均電子密度。

### 達到格林瓦爾德基準的 1.65 倍，代表增加了 165% 嗎？
達到基準的 1.65 倍，代表比基準增加了 65%，並非增加 165%。

### 中國是第一個突破格林瓦爾德極限的國家嗎？
此前已有實驗超過格林瓦爾德基準。美國 DIII-D 於 2024 年報告同時達到高密度與高約束性能。

### 密度自由區域是指密度可以無限提高嗎？
這並不代表實驗證明了密度可以無限提高，而是認為實驗已接近 PWSO 理論預測的運轉區域。

### EAST 只靠軟體就突破了極限嗎？
很難單靠軟體來解釋。初始氣體條件、電子加熱，以及電漿與壁面的交互作用都參與其中。

### 無限自我鍍膜技術獲得證實了嗎？
研究說明了壁面周邊條件與抑制雜質產生的情況。沒有根據將 PWSO 的自組織稱為無限自我鍍膜。

### 核融合只要有海水就能運轉嗎？
僅憑氘可以從水中取得這一點，還不足以讓核融合運轉。氘氚方式還需要氚的供應與回收技術。

### 核融合不會產生放射性廢棄物嗎？
暴露於中子輻射下的結構材料可能帶有放射性。由於還需要管理氚，斷言它是零廢棄物發電並不準確。

### Nature Index 越高，核融合技術也越領先嗎？
Nature Index 衡量對特定學術期刊論文的貢獻，並非直接評估核融合電廠性能或發電成本的指標。

### 要如何確認韓國企業是否受益？
請查看企業公告，確認實際供貨合約與交貨範圍。不能僅憑研究成果發表，就判斷個別企業的收益會增加。

### 能從這次成果得知核融合何時商業化嗎？
單憑這篇論文無法確定商業化時間。還需要驗證電廠層級的淨電力產出、燃料自給能力與長期運轉性能。

## Sources

- [Science Advances: Accessing the density-free regime with ECRH-assisted ohmic start-up on EAST](https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12757026/)
- [研究團隊公開稿件：Increasing the density limit with ECRH-assisted Ohmic start-up on EAST](https://arxiv.org/html/2505.02710v1)
- [中國科學院：公布 EAST 密度自由區域實驗，2026年1月6日](https://www.cas.cn/syky/202601/t20260106_5095303.shtml)
- [中國科學院新聞稿：EAST Tokamak experiments exceed plasma density limit，2026年1月1日](https://www.eurekalert.org/news-releases/1111089)
- [美國能源部：DIII-D 同時達成高密度與高約束，2024年7月31日](https://www.energy.gov/science/fes/articles/ground-breaking-efforts-overcome-operational-limit-tokamaks-advancing-efforts)
- [ITER: What will ITER do?](https://www.iter.org/fusion-energy/what-will-iter-do)
- [美國能源部：DOE Explains...Deuterium-Tritium Fusion Fuel](https://www.energy.gov/science/doe-explainsdeuterium-tritium-fusion-fuel)
- [美國能源部：Fusion Energy](https://www.energy.gov/topics/fusion-energy)
- [美國能源部：核融合科學技術路線圖中關於燃料循環與氚處理的說明](https://www.energy.gov/articles/fusion-st-roadmap)
- [Springer Nature：發布 Nature Index Research Leaders，2025年6月11日](https://group.springernature.com/cn/group/media/press-releases/nature-index-research-leaders-/27786652)
- [Nature Index：2025 Research Leaders 國別表格與統計方法](https://www.nature.com/nature-index/research-leaders/2025/country/all/global)
- [ITER：超導磁鐵的構造與材料](https://www.iter.org/machine/magnets)
- [ITER: Korea completes niobium-tin strand production，2013年12月11日](https://www.iter.org/node/20687/korea-completes-niobium-tin-strand-production)

## Images

![研究人員在研究設施內查看配有管線和觀察窗的大型金屬核融合裝置。](https://injoys.com/rails/active_storage/blobs/proxy/eyJfcmFpbHMiOnsiZGF0YSI6Mjc3ODAsInB1ciI6ImJsb2JfaWQifX0=--0b7c52943c6a7daa7116bf85f6f6465df8428f84/ai-02d1341f.webp)
![戴著護目鏡的技術員在工廠檢查繞滿細金屬線的大型線軸。](https://injoys.com/rails/active_storage/blobs/proxy/eyJfcmFpbHMiOnsiZGF0YSI6Mjc3ODYsInB1ciI6ImJsb2JfaWQifX0=--5e757f234b2f1becba04b1cb432f8d51958b4aa4/ai-0b80d561.webp)