聚变工程堆设计CFETR-CFEDR-BEST-DTT

聚变工程堆设计：CFETR、CFEDR、BEST、DTT 这四台机器到底在干什么

2024 年，ITER 把时间表整个推倒重来：开始研究运行的年份定在 2034 年，全磁能 2036 年，氘氚阶段 2039 年，Q≥10 要等到 2044 年。这一推，全世界做聚变的人面前就出现了一个长达十年的空档——从 JET 2023 年底关掉，到 ITER 真正烧氘氚，中间十几年没有一台能烧氘氚的托卡马克在转。这十几年里，氘氚等离子体的操作经验、全钨壁下的约束数据、氚燃料循环的工程数据，全都没有新的来源。谁能在这个空档里先跑起来，谁就拿到了下一轮聚变竞赛最贵的资产。

中国和欧洲给出的答案是同一件事的两个版本：造一批比 ITER 小、比 JET 大、专攻某一个具体问题的装置。中国的答案叫 BEST，配套的最终目标叫 CFEDR；欧洲的答案叫 DTT。而 CFETR 是这一切的起点——它是中国第一台从设计一开始就奔着"发电"去的托卡马克，2025 年改名叫 CFEDR。这四个名字经常被混着用，网上大多数介绍把它们的关系讲错了。这篇文章把四台机器一条一条拆开，所有论文、作者、机构、数字都逐条核实过，最后单列一节纠正流传最广的十几种误记。

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一、CFETR：中国第一次按"电站"而不是"实验装置"来设计托卡马克

先说清楚 CFETR 的来历。中国 2006 年加入 ITER，在 ITER 的采购包里承担了大约四分之三的中方研发任务，做着做着发现一件事：ITER 是个科学实验装置，它不发电，也不做氚自持，它验证的是"聚变能不能烧起来"。从"能烧起来"到"能并网发电"之间那一大段路，ITER 不走。于是 2011 年，中国国内开始组织下一代聚变堆的设计队伍，2014 年完成概念设计，2017 年 12 月 5 日在合肥正式启动工程设计，2020 年完成工程设计。

这台机器和 EAST 最大的区别在于设计目标。EAST 是研究装置，回答物理问题；CFETR 从第一版设计书起就写明了三个必须同时完成的任务：产生 200 兆瓦到 1 吉瓦量级的聚变功率、实现稳态或长脉冲运行、验证氚自持。前两条是工程问题，第三条是整个聚变能路线图上最难的一关。

设计参数在十年里长了两轮。2015 年前后的方案是大半径 5.7 米、小半径 1.6 米、等离子体电流 10 兆安；后来放大到 6.6 米 / 1.8 米；2018 年底定型的版本是 7.2 米 / 2.2 米、环向场 6.5 特斯拉。为什么要一路放大？因为分期目标变了——原来的想法是分两期，一期做 200 兆瓦，二期再往上加；后来决定一台机器把两期的事都干完，省掉一次重建。放大之后的一期目标是聚变功率 50–200 兆瓦、Q=1–5、氚增殖比 TBR>1.0、中子辐照损伤约 10 dpa（dpa 是材料里每个原子平均被撞离晶格位置的次数，10 dpa 相当于材料已经伤得相当重）；二期目标是聚变功率超过 1 吉瓦、Q>10、辐照损伤约 50 dpa。

磁体是这套设计里最硬的一块。CFETR 用 16 个环向场（TF）线圈、8 个模块组成的中心螺管、若干极向场线圈和校正场线圈（数量随设计版本变动，2019 年前后的公开版本是 6 个极向场线圈加 18 个校正线圈）。TF 线圈的设计运行电流是 95.6 千安，峰值磁场 14.5 特斯拉。这个数字意味着 ITER 级别的铌三锡（Nb₃Sn）超导线材在 14.5 特斯拉下临界电流密度不够用了，必须换高临界电流密度的高性能 Nb₃Sn 线材。这是第一次有人把高性能 Nb₃Sn 股线用到聚变级的大尺寸管内电缆导体（CICC）上，风险不小，所以 CRAFT 项目先在瑞士的 SULTAN 装置上做了一根全尺寸导体样品的测试——反复加电磁循环载荷、反复冷热循环，测应变分布和交流损耗。这篇论文的通讯团队来自中科院等离子体所，合作者里有荷兰特文特大学的 Arend Nijhuis、瑞士 PSI/EPFL-CRPP 的 Pierluigi Bruzzone 和 Boris Stepanov、还有 CERN，线材由甘肃白银有色长通电线电缆公司供货。

包层是另一个必须展开说的系统。它要做三件互相打架的事：产氚、把聚变热带出来发电、屏蔽中子保护超导磁体。中国在 CFETR 上并行发展了四条技术路线，归属单位必须记清楚：氦冷固态增殖包层（HCSB）由中国科学技术大学 2015 年提出，用 8 兆帕氦气冷却、硅酸锂陶瓷产氚、铍球做中子倍增；氦冷陶瓷增殖包层（HCCB）由核工业西南物理研究院（SWIP）发展，是从他们在 ITER 的 HCCB 实验包层模块上长出来的；水冷陶瓷增殖包层（WCCB）由中科院等离子体所（ASIPP）提出，用压水堆的水工况——15.5 兆帕、进出水温度 285/325 摄氏度——钛酸锂球床产氚、Be₁₂Ti 做中子倍增；双功能铅锂包层（DFLL）由中国科学院核能安全技术研究所的 FDS 团队提出，用液态锂铅同时做增殖剂和载热剂，氦气冷却。

这四条路线里 WCCB 的中子学算得最细。2022 年的结果很有意思，也最能说明氚自持这件事有多难：全包覆的理想情况下，全堆氚增殖比是 1.165；但是真空室上要开窗，中性束、射频加热、诊断系统都要占窗口，窗口不产氚还漏中子，把这些窗口扣掉之后 TBR 掉到 1.052——刚好压在氚自持的临界线上；最后他们在偏滤器区域也铺上产氚包层（偏滤器包层），才把 TBR 拉回 1.123。这三个数字最好不要混着引，它们对应的是三个不同的设计状态。

偏滤器的故事类似。CFETR 放大到 7.2 米之后，由于 TF、PF、真空室和磁体支撑把下部空间占满了，偏滤器模块没法从下面的窗口抽出来换。解决办法是把偏滤器外腿（从 X 点到外打击点的距离）加长到 2.4 米，做成"长腿"位形，然后重新设计一套遥操作方案：第一壁从盒体上分离、从上窗口吊走，盒体也从上窗口进出。整套流程——切割、焊接、检测、吊装——都按遥操作的要求重做过。这个工作由等离子体所的覃世军（Shijun Qin）、刘晓菊（Xiaoju Liu）等人完成，宋云涛（Yuntao Song）是最后作者。

CFETR 的工程设计成果最后汇总成 2022 年那篇《Engineering design of the CFETR machine》，第一作者宋云涛，李建刚、万元熙紧随其后，作者名单排到四十几个人，单位横跨中科院等离子体所、中科大、核工业西南物理研究院、中物院等。这是 CFETR 工程设计的正式记录。

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二、CFEDR：把字母 T 换成 D，机器变大，目标变狠

2025 年 6 月，CFETR 正式更名为 CFEDR——China Fusion Engineering Demonstration Reactor，中国聚变工程示范堆。E 的含义从"Engineering Test Reactor"（工程试验堆）变成"Engineering Demonstration Reactor"（工程示范堆）。这不是改名游戏：BEST 起来了之后，原来 CFETR 的一部分任务被 BEST 接走了，中国这边干脆把剩下的那个装置定位往上抬一级，直接对标发电。

CFEDR 的参数比 CFETR 又大了一圈：大半径 7.8 米、小半径 2.5 米、等离子体电流 15 兆安、轴上磁场 6.3 特斯拉。注意这组数字和 CFETR 的 7.2 米 / 2.2 米 / 6.5 特斯拉不是一回事，很多报道还在用旧参数介绍新装置。任务指标是：聚变功率 1.5–3 吉瓦、聚变增益 Q=15–30、运行因子大于 0.5（也就是一年里有超过一半时间在出功率）、氚增殖比大于 1、并且要真正向电网送电。

2025 年 10 月，ASIPP 在《Plasma Science and Technology》第 27 卷第 10 期出了一个 CFEDR 专刊，一次放出来 15 篇论文，等于把 CFEDR 的物理设计阶段性成果整体公开。专刊的领头文章是丁锐（Rui Ding）、陈翔（Vincent S. Chan）和李建刚（Jiangang Li）写的总体集成设计。组织方式是 13 个任务组分头推进：芯部—台基集成、位形优化与波形设计、破裂预测控制与缓解、偏滤器与台基优化、第一壁热流与粒子流、加料与杂质控制、磁流体稳定性、燃烧等离子体物理、氚循环、辅助加热、屏蔽与包层、诊断、以及人工智能在控制与运行中的应用。

专刊里最有代表性的一篇是偏滤器排热。CFEDR 的常规高约束模基准工况聚变功率 1.5 吉瓦，这个量级下偏滤器要排走的热功率是灾难级的。他们的方案是用 SOLPS-ITER 程序模拟，同时注入氩和氘：氩负责辐射散热，把热在打到靶板之前辐射掉；氘充气速率提高可以压低芯部的氩浓度，减少污染。结果是内外靶板都能接近完全脱靶，峰值热负荷控制在 10 兆瓦每平方米以下，钨靶板寿命满足要求。这个数字（10 MW/m²）是工程上的硬约束，超过这个量级靶板扛不住。

有意思的是丁锐这篇领头文章的结尾：他们明确说了下一步要探索先进运行模式，目标是把聚变功率推到 2–3 吉瓦、Q 推到 30 以上，而且要把机器学习和人工智能引进到等离子体控制里。CFEDR 现在还只在物理设计阶段，工程设计"即将启动"。

CFEDR 专刊的 15 篇论文按编号是：100101（丁锐等，总体集成设计）、104001（张洁等，弹丸与紧凑环加料深度）、104002（丁锐、刘晓菊等，氩注入偏滤器排热）、104003（旷圆圆等，电子回旋波吸收与电流驱动）、104004（刘海庆等，诊断概念设计）、104005（仇志勇等，α 粒子约束）、104006（李莉等，磁流体不稳定性）、104007（樊皓尘等，芯部—台基耦合集成模拟）、104008（周呈熙等，钨杂质输运与辐射损失）、104009（曾龙等，破裂动力学评估，含 JOREK 团队）、104010（徐国梁等，第一壁热负荷与钨侵蚀）、104011（蒋科成、刘松林等，包层中子学与热工水力）、104012（蒋宇昊、秦成明等，离子回旋加热场景）、104013（谢海、陈翔、丁锐等，COREDIV 模拟氚燃耗份额）、104014（李航、李妙辉、李国强等，磁平衡设计）、104015（黄耀、肖炳甲等，等离子体运行控制设计）。

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三、BEST：把示范堆的风险提前十年扛下来

如果说 CFEDR 是终点，BEST 就是插在半路上的那台机器。BEST 全称 Burning plasma Experimental Superconducting Tokamak，燃烧等离子体实验超导托卡马克，建在合肥未来大科学城，紧挨着 CRAFT 园区。它由中科院等离子体所主导设计，聚变新能（安徽）有限公司承建，2023 年 6 月园区奠基，2025 年 5 月 1 日工程总装启动，2025 年 10 月 1 日主机最重的部件——400 多吨、直径约 18 米、高约 5 米的杜瓦底座——精准落位安装。

BEST 的设计思路一句话：用更强的磁场，在更小的体积里做出更高的聚变功率。参数是大半径 3.6 米、小半径 1.1 米、拉长比 1.88、三角形变 0.49、等离子体体积 142 立方米、中心磁场 6.15 特斯拉、等离子体电流最高 7 兆安。建成后它将是全球在 ITER 之前最大的运行氘氚托卡马克。

磁体系统值得单独说，因为它是 BEST 和 CFETR 差别最大的地方，也是最容易被讲错的地方。BEST 的环向场是 16 个线圈，每个 87.2 吨，用分级方案——低场区用 ITER 标准的 Nb₃Sn，高场区用高临界电流密度的 Nb₃Sn。极向场 7 个线圈，1 号、6 号、7 号用 Nb₃Sn，2 到 5 号用 NbTi。校正线圈 8 个。真空室里还装铁磁插件，把有限数量 TF 线圈造成的磁场波纹压到 0.9% 以下。整个磁体系统总重约 2000 吨。

真正的创新在中心螺管。BEST 的 CS 是 6 个独立模块、总重 180 吨，用的是 Nb₃Sn（低温超导）+ YBCO（高温超导）的混合导体——这是把高温超导正式塞进托卡马克主磁体系统的一次实打实的工程尝试。额定运行电流 46.5 千安，高温超导部分承担的峰值场 18.8 特斯拉，低温超导部分 12.4 特斯拉，总磁通 53 伏秒。所以准确的说法是：BEST 是一台以低温超导为主、在中心螺管上采用高温超导插层的混合磁体装置，不是一台"高温超导托卡马克"。

第一壁和偏滤器全钨。这个选择是跟着 ITER 2024 年重新定基线一起定的——ITER 把第一壁材料从铍换成了钨。BEST 的第一壁是 240 个模块，主体是表面镀钨的铜瓦，热沉用铬锆铜，4 兆帕、70 摄氏度的水冷却。偏滤器是 48 个盒体，每个约 1.6 吨、环向占 7.5 度，每个盒体含内靶板、外靶板、dome 和盒体本体。面向等离子体部件设计耐受 10 兆瓦每平方米，最受考验的几种单元（平板式和单块式）能做到 15 兆瓦每平方米。氘氚运行期间这些部件的拆装全部靠遥操作机械臂完成。

加热系统配了四套：电子回旋 15 兆瓦（170 吉赫，三个赤道窗口）、离子回旋 10 兆瓦（两个赤道天线，先上 40–65 兆赫，后续扩到 90 兆赫）、低杂波 10 兆瓦（4.6 吉赫，两个系统）、中性束 12 兆瓦（正离子源，氘，最高 120 千伏）。额定加起来约 47 兆瓦，文件里统称 50 兆瓦；括号里给出了后续升级目标：24、16、16、15 兆瓦，合计 71 兆瓦。负离子源中性束的预研在 CRAFT 上做，已经做到 202 千电子伏、2.3 兆瓦、120 秒，未来瞄准 500–800 千电子伏。

BEST 的运行路线分几步：2027 年底建成，年底到 2028 年初首次等离子体，先用半场（3.1 特斯拉）的氢和氘做集成调试，等离子体电流到 3 兆安左右；然后升到满场 6.15 特斯拉的氘运行，做壁处理、加料、破裂防护、钨杂质控制、中子诊断标定，电流推到 5–6 兆安；第一次氘氚放电放在 3–4 兆安，然后系统性地往 7 兆安爬。输运模拟给出的预期是：保守的感应场景能做出 50 兆瓦以上的聚变功率、Q 约 1.5，其中热核中子占比超过 90%。长脉冲目标是 1000 秒以上。Q≥1 的目标定在 2030 年底之前，2030 年还要演示聚变能发电。

这里有个流传很广的说法必须纠正：媒体常说"BEST 要超过 JET 2021 年 59 兆焦的纪录三倍"。这是把能量和功率混在一起了。BEST 研究计划原文的对比是聚变功率：BEST 的 50 兆瓦以上，对的是 JET 在 1997 年瞬态达到的约 16 兆瓦（Q≈0.67）。59 兆焦是 2021 年 DTE2 的能量纪录（约 5 秒里积累出来的），16 兆瓦是 1997 年的功率纪录，两个量纲不同，不能对除。

氚这一块是 BEST 最容易被夸大宣传的地方。BEST 的氚靠外部供应，初始许可的现场氚库存是 110 克。它要做的是验证氚燃料循环的全套技术：氚加料、盘存监测、移除、回收、以及直接内部回收（DIR）——就是把排灰气里的燃料回收后直接送回加料回路，不必每次都走完整的外部处理流程。它有三个专门的实验包层模块（TBM）窗口，测试面积 0.6 × 1 平方米、体积 0.3 立方米。ASIPP 自己会上两个：COOL（二氧化碳冷却锂铅）和 WCCB（水冷陶瓷增殖）；欧方正在考虑上 WCLL（水冷锂铅）、HCPB（氦冷球床）或 WLCB（水铅陶瓷增殖）中的一种。研究计划里说得很清楚：BEST 的中子注量不足以完整演示氚自持，TBM 的作用是验证包层在正常运行和事故工况下的完整性与可靠性、产氚和提氚、以及给 CFEDR 的包层设计提供依据。说"BEST 将实现氚自持、TBR>1"是不对的。

BEST 的中子学条件也值得报一下：长脉冲运行（聚变功率 10–20 兆瓦）下平均中子壁负载约 0.05–0.1 兆瓦每平方米，高功率运行（聚变功率超过 100 兆瓦）下超过 0.4 兆瓦每平方米。十年运行累计中子注量预计超过 10²⁶ 个——作为对比，ITER 到 2048 年 DT1 阶段结束时累计是 3.5 × 10²⁵ 个。BEST 的注量比 ITER 高，但绝对壁负载仍远低于真正的堆，它验证的是"部件能活多久"的早期阶段。

2025 年 11 月 24 日，ASIPP 和欧洲聚变能源组织 EUROfusion 在合肥联合发布了《BEST 研究计划》第一版（v1.1，2025 年 11 月 27 日发布）。这份文件的署名协调人是中国科学院等离子体物理研究所的钱金平（Jinping Qian）和比利时皇家军事学院等离子体物理实验室（LPP-ERM/KMS）的 Yevgen Kazakov。ASIPP 方面的贡献者包括宋云涛、李建刚、陆坤、万宝年等；EUROfusion 方面包括 G. Federici、M. Wischmeier、E. Joffrin、P. Mantica 等；ITER 组织的 A. Loarte 和英国 UKAEA 的 D. King、L. Garzotti 也参与其中。同时，来自十几个国家的科学家签署了《合肥聚变宣言》。

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四、氚：整条路线图上真正的瓶颈

前面三台机器都绕不开同一件事：氚。氘在海里几乎取之不尽，氚在自然界几乎没有，半衰期 12.3 年，现在全球能拿到的氚主要是加拿大重水堆的副产品，一年产量以公斤计，价格以千万美元每公斤计。一个 1 吉瓦级的聚变堆每天要烧掉几百克氚。所以聚变堆必须自己造氚：用聚变中子打锂，锂变成一个氚加一个氦。造出来的氚必须比烧掉的多，否则循环转不起来——这就是氚增殖比 TBR 必须大于 1 的原因，而大于 1 只是理论底线，实际要留出衰变、滞留、处理损耗的余量。

中国的氚工厂设计分三条回路：内循环（把等离子体排灰气里没烧完的氘氚回收再送回去）、外循环（包层里产氚、提氚、氢同位素分离、氚测量）、包容与安全回路（别让氚漏出去）。内循环是 BEST 的直接内部回收要验证的东西；外循环是 CFETR/CFEDR 的核心难题。

外循环这一块的国内主力是中国工程物理研究院核物理与化学研究所（四川绵阳）。彭述明、赵林杰、肖成建在《原子能科学技术》2024 年增刊上发表了进展综述，依托的是国家重点研发计划"CFETR 增殖包层氚提取与测量工程技术"项目。他们的几个关键数字是：在中国绵阳研究堆（CMRR）上在线演示了百居里级的在线产氚与原位提氚；做了 1:1 规模的包层氚提取与氢同位素分离氢氘模拟实验，动态提取效率 99.1%、停堆提取效率 99.95%、氢同位素分离浓缩倍数 10⁴ 倍、回收效率 99.26%；基于水精馏的含氚水处理中试做到贫化 2000 倍以上、浓缩 20 倍以上。中国工程物理研究院材料研究所是聚变堆氚工厂概念设计的牵头单位，也完成了中国 ITER 实验包层模块涉氚系统的总体设计。

把这些数字和前面 WCCB 的 TBR 拼起来看，氚自持这件事的紧张程度就出来了：TBR 算出来 1.05 到 1.16 之间，而提氚、分离、回收每个环节都要扣掉几个百分点，任何一个环节的效率达不到 99% 以上，整个循环就会慢慢失血。这就是为什么 CFEDR 把"氚自持、TBR>1"和"1.5–3 吉瓦聚变功率"并列为同等重要的任务，而不是把氚当成一个配套系统。

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五、DTT：欧洲把"怎么把热排出去"单独拎出来造了一台机器

欧洲人解题的方式不一样。他们认为在通往聚变电站的路上，有一个问题难到值得单独造一个装置来研究：排热。聚变堆里的热功率密度极高，等离子体边界那一层里的热流如果全部打到偏滤器靶板上，量级是几十兆瓦每平方米——和太阳表面相当。ITER 的方案是让偏滤器区域的等离子体"脱靶"，靠辐射把热散掉。但 ITER 那套方案能不能直接外推到 DEMO，没人敢打包票。于是欧洲决定造一台专门的机器，叫 DTT，Divertor Tokamak Test facility，建在意大利弗拉斯卡蒂的 ENEA 基地。

DTT 的设计哲学是"小尺寸、堆级条件"。它的参数是大半径 2.19 米、小半径 0.70 米、环向磁场 5.85 特斯拉、等离子体电流 5.5 兆安、脉冲长度最长约 100 秒。靠 45 兆瓦的外部加热功率，在一个小装置上复现 ITER 和 DEMO 偏滤器区域的热流条件。加热分三套：电子回旋（170 吉赫，装机 32 兆瓦，耦合到等离子体额定 29 兆瓦）、离子回旋（60–90 兆赫，装机 8 兆瓦，耦合 6 兆瓦）、负离子中性束（510 千电子伏，10 兆瓦）。这里要注意两个口径：装机值和耦合到等离子体的额定值不一样，45 兆瓦是后者。

灵活性是 DTT 设计的第一原则。它的极向场系统由 6 个中心螺管模块、6 个外部极向场线圈和 5 个内部线圈组成，全部独立供电，所以几乎能做出任何想要的磁位形。已经确定的第一批位形是下单零、X 偏滤器（XD）和负三角形变（NT），最大等离子体电流分别是 5.5、4.5 和 4 兆安；双零位形原则上可行，但一期不装上偏滤器，真空室顶部预留了空间。真空室内还有 2 个垂直稳定线圈、4 个偏滤器线圈（用来扫打击点），以及 3 排每排 9 个共 27 个非轴对称线圈，用于边缘局域模控制和误差场补偿。

DTT 的第一套偏滤器和 EUROfusion 联合设计完成：54 个模块，每个环向 6.4 度，模块之间留 0.5 毫米缝，单块（monoblock）设计照抄 ITER，冷却用 CuCrZr 管里的水，钨装甲主动冷却，稳态能扛 20 兆瓦每平方米。DTT 用的面向等离子体材料组合和 ITER 一样。

磁体的进展：18 个 TF 线圈（Nb₃Sn）的全部股线已经采购到位，11 个线圈的导体已经交付，第一个绕组包在 2024 年底完成；TF 电源和保护系统已经交付，放在线圈低温测试设施里，所有 Nb₃Sn 线圈都要在那里测。极向场 6 个线圈中 2 个用 Nb₃Sn、4 个用 NbTi，招标在进行。项目资金方面 ENEA 已经落实 6.14 亿欧元。项目执行主体是 2019 年成立的 DTT S.c.a.r.l. 公司，核心团队从最初的 10 人扩张到约 80 人。2022 年意大利生态转型部颁发了 A 类电离辐射源许可，2021 年底拿到了新建筑的建设许可。

时间表上有个值得记一笔的变动：2024 年那篇 Nuclear Fusion 论文写的是"首次等离子体的目标是 2029 年"，而 EUROfusion 2025 年的官方通讯改成了"2030 年底前后开始等离子体运行"。这一年后移在 DTT 的项目管理中是常态，引用时最好注明出处和年份。

DTT 的两篇核心论文都要记清楚作者和机构。2024 年 11 月那篇《Divertor Tokamak Test facility project: status of design and implementation》发表在 Nuclear Fusion 第 64 卷 112015 页，第一作者是 Francesco Romanelli，署名单位是 DTT S.C.a.r.l.（弗拉斯卡蒂），作者名单是"DTT Contributors"集体署名，实际有五百多位共同作者。Romanelli 本人的履历值得提一句：1980 年起做聚变，1996–2006 年领导 ENEA 的磁约束聚变物理，2006 年起做 JET 的负责人，2009–2014 年任 EFDA（欧洲聚变发展协议）负责人，2015 年转到罗马第二大学（Tor Vergata）任核能物理教授，现在同时是 DTT 的主席和 Nuclear Fusion 期刊的主编。把他的单位写成 ENEA 是错的——他现在的正式署名单位是 DTT 公司。

另一篇是《Physics basis for the divertor tokamak test facility》，Nuclear Fusion 第 64 卷 106040 页（2024 年 10 月），第一作者 Flavio Crisanti，单位是 DTT S.C.a.r.l. 加图西亚大学经济工程社会与企业组织系（DEIm）；第二作者 R. Ambrosino 是 DTT 加那不勒斯费德里科二世大学和 CREATE 联合体。这篇讲 DTT 的物理基础：用什么程序（JINTRAC、ASTRA、TGLF、QuaLiKiz）做集成模拟，怎么把芯部和边界耦合起来，磁流体和快粒子物理怎么算。

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六、旁证：EU-DEMO 也在变小

要判断 CFEDR 和 BEST 的设计取向是不是合理，可以看看欧洲的 DEMO 最近干了什么。答案是：他们把机器改小了。

Bachmann、Siccinio、Federici、Zohm 等人在 2024 年发表了一篇《Re-design of EU DEMO with a low aspect ratio》（Fusion Engineering and Design 204 卷 114518 页）。他们的论证过程很有意思：按常识，磁场越强约束越好，机器就能做越小，所以加磁场是缩小装置的 obvious 招。但他们核算下来发现，高磁场要求更大的 TF 线圈，大线圈又要求更大的环径比来腾地方——两个效应互相抵消，最后 EU-DEMO 的轴上磁场被限制在约 5.4 特斯拉，TF 线圈峰值场受电磁载荷限制在约 12 特斯拉。而环径比往下压的极限来自内侧空间：中心螺管、TF 线圈、氚增殖包层、中子屏蔽都要往内侧塞，环径比低于约 2.6 就塞不下了。所以他们的结论是环径比应该落在 2.6 到 3.0 之间，在低磁场低偏滤器热负荷和机器紧凑性之间取平衡。这篇论文还明确否掉了把 EU-DEMO 做成球形托卡马克的选项。

新基线（2024 版，LAR = Low Aspect Ratio）的参数变化，CEA 的团队在磁体技术会议上给了一张对照表，很直观：

参数 2018 基线 2024 LAR 基线环径比 A 3.1 2.8大半径 R0 9.1 m 8.6 m聚变功率 2010 MW 1650 MW净电功率 500 MWe 350 MWe脉冲长度 2.0 h 2.11 h环向场 (R0 处) 5.3 T 4.4 T

偏滤器这边，Clagnan、Marzullo、Mazzone、You 等人在 2026 年发表的 CAD 设计论文（Fusion Engineering and Design 227 卷 115704 页）给出了改设计最大的收益：再附着工况下打到偏滤器的峰值热流，从前一版的约 82 兆瓦每平方米降到约 44 兆瓦每平方米，降了约 45%。这个数字解释了为什么要折腾这一轮：不是为了让机器更小更好看，是因为原来的热流高到没有工程解。

2025 年 11 月 17–20 日，EUROfusion 在 DEMO 低环径比评审会上集中评估了新基线。评审组主席是法国原子能委员会（CEA）的 Benoit Salamon，设计集成负责人是 Lorenzo Giannini，等离子体系统部门负责人是 Francesco Maviglia，参会约 100 人。评审结论是 DEMO 正在从预概念分析走向更成熟的设计阶段。

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七、四台机器放一张表上

把四台机器（外加 ITER 和 JET 做参照）的核心数字摆在一起，各自的定位和取舍就看得很清楚了：

装置大半径环向场等离子体电流聚变功率定位JET 2.96 m 3.45 T up to 5 MA 16 MW(1997) 已退役，唯一烧过氘氚的装置BEST 3.6 m 6.15 T up to 7 MA 20–200 MW 燃烧等离子体，验证 Q≥1 与氚循环DTT 2.19 m 5.85 T 5.5 MA 无（氘）专攻排热，为 ITER/DEMO 选偏滤器方案ITER 6.2 m 5.3 T 15 MA 500 MW Q≥10，不发电、不氚自持CFETR 7.2 m 6.5 T ~10–14 MA 50–200 MW→1GW 原设计，2025 年更名为 CFEDRCFEDR 7.8 m 6.3 T 15 MA 1.5–3 GW 发电、氚自持、Q=15–30

有三条线索贯穿这四台机器。第一条是"小机器干大事"：BEST 和 DTT 都在用比 ITER 小得多的体积，靠更高的磁场或者更集中的加热功率去逼近堆级的等离子体条件。第二条是全钨：ITER 2024 年重新定基线时把第一壁从铍换成钨，BEST 直接全钨，DTT 也是全钨，CFEDR 的偏滤器设计按钨靶板做。第三条是分工：BEST 接燃烧等离子体和氚循环，DTT 接排热，CFEDR 接发电，谁也不试图一台机器把所有事干完。

最后说一句时间上的事。ITER 的氘氚阶段要到 2039 年才开始，Q≥10 要等 2044 年。而 BEST 计划在 2027 年底首次放电、2030 年前做到 Q≥1，DTT 在 2030 年前后开始运行。也就是说，在 2027 到 2040 这十几年里，全球的氘氚托卡马克数据主要来自合肥和弗拉斯卡蒂这两台中小装置。谁先跑起来，谁就重新定义了下一轮聚变路线图。

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核实与纠错记录（本次调研中修正的常见误记）

CFETR 和 CFEDR 不是两台机器。CFETR 于 2025 年 6 月正式更名为 CFEDR（China Fusion Engineering Demonstration Reactor）。大量报道仍把两者并列为两个项目，是错的。
CFEDR 的参数不是 CFETR 的参数。CFEDR 为大半径 7.8 m / 小半径 2.5 m / 等离子体电流 15 MA / 轴上磁场 6.3 T；CFETR（2020 年工程设计完成版）为 7.2 m / 2.2 m / 6.5 T。
CFEDR 的 Q 有两套口径。PST 27(10) 100101（丁锐、陈翔、李建刚）与 IAEA《世界聚变能源展望 2025》写 Q = 15–30；BEST 研究计划（ASIPP/EUROfusion，2025 年 11 月）写 Q = 10–30。前者是更新口径，引用时以 PST/IAEA 为准并注明。
"BEST 将超过 JET 2021 年 59 兆焦纪录三倍"是量纲错误。BEST 研究计划 v1.1 第 21 页原文对比的是聚变功率：BEST 预期 >50 MW，对的是 JET 1997 年瞬态达到的 Pfus ≈ 16 MW（Q ≈ 0.67）。59 MJ 是 2021 年 DTE2 的能量纪录，不能与功率对除。
"BEST 实现氚自持 / TBR>1"是错的。BEST 依赖外部供氚，初始许可现场氚库存 110 g；三个 TBM 窗口只是验证氚增殖技术的试验平台，研究计划明确写了其中子注量不足以完整演示氚自持。
BEST 不是"高温超导托卡马克"。其 TF（16 个，分级 Nb₃Sn）与 PF（1/6/7 号 Nb₃Sn，2–5 号 NbTi）仍以低温超导为主；高温超导（YBCO）只用在中心螺管的 Nb₃Sn+YBCO 混合导体上（额定 46.5 kA，峰值场 HTS 18.8 T / LTS 12.4 T，总磁通 53 V·s）。
BEST 的加热功率应按"额定/升级"两栏读：ECRH 15(24)、ICRH 10(16)、LH 10(16)、NBI 12(15) MW，额定合计约 47 MW（文件统称 50 MW），升级目标合计 71 MW。只写"50 MW"或只写"71 MW"都不完整。
DTT 的参数有两代，不要混用。2019 年 interim design 报告的 R = 2.11 m / a = 0.64 m / 6 T 已过时；现行基线（Romanelli 2024、Crisanti 2024）是 R = 2.19 m / a = 0.70 m / B_T = 5.85 T / I_p = 5.5 MA / 100 s。
DTT 的"45 MW 加热"是耦合到等离子体的额定值（ECRH 29 + ICRH 6 + NNBI 10）；装机值是 ECRH 32 MW、ICRH 8 MW、NBI 10 MW。两组数字都在文献中出现，混用会造成 45 与 50 的无谓争执。
DTT 首次等离子体时间有变动：Nucl. Fusion 64, 112015（2024）写 2029 年；EUROfusion 2025 年官方通讯改为"2030 年底前后"。引用须标注年份。
DTT 2024 年综述第一作者 Francesco Romanelli 的署名单位是 DTT S.C.a.r.l.（意大利弗拉斯卡蒂），不是 ENEA。他兼任罗马第二大学（Tor Vergata）核能物理教授与 Nuclear Fusion 主编，曾任 JET 负责人（2006 起）与 EFDA 负责人（2009–2014）。同卷另一篇 DTT 物理基础论文的第一作者 Flavio Crisanti 单位为 DTT S.C.a.r.l. + 图西亚大学 DEIm。
CFETR 的两篇高引综述常被张冠李戴。万元熙（Yuanxi Wan）、李建刚（Jiangang Li）等 2017 年《Overview of the present progress and activities on the CFETR》，Nucl. Fusion 57, 102009，主力单位是中科院等离子体所，合作单位含核工业西南物理研究院、中国工程物理研究院、中科大、北京科技大学；庄革（Ge Zhuang）、李国强等 2019 年《Progress of the CFETR design》，Nucl. Fusion 59, 112010，庄革的单位是中国科学技术大学，合作者含通用原子公司的 Vincent Chan。把两篇都归到"等离子体所"是错的。
CFETR 工程设计的正式记录是宋云涛（Yuntao Song）等 2022 年 Fusion Engineering and Design 183, 113247《Engineering design of the CFETR machine》，不是上述两篇。
包层路线的单位归属容易错：HCSB 由中国科学技术大学 2015 年提出；HCCB 由核工业西南物理研究院（SWIP）发展（基于其 ITER HCCB TBM）；WCCB 由中科院等离子体所（ASIPP）提出；双功能铅锂 DFLL 由中国科学院核能安全技术研究所 FDS 团队提出。把 WCCB 归给 SWIP、或把所有包层都归给 ASIPP 都是错的。
WCCB 的 TBR 三个数字不可混用（刘松林等，FED 177, 113059, 2022）：全包覆 1.165；计入辅助加热与诊断窗口后降至 1.052；加装偏滤器包层后回升至 1.123。
CFETR 的等离子体电流"13.78 MA"、CS"40 kA / 14.6 T"等数字仅见于券商行业整理稿，正式论文未给出统一数值，不建议作为引用来源。可安全引用的磁体数字是 TF 运行电流 95.6 kA、峰值场 14.5 T（Dai Chao 等，Nucl. Fusion 61, 036044, 2021）。
ITER 首次氘氚运行年份存在口径差：ITER 组织与 IAEA 文件为"2039 年开始 D-T 阶段、2044 年实现 Q≥10"；BEST 研究计划 v1.1 第 22 页写"ITER 首次 D-T 运行安排在 2041–2042 年，随后 2044 年 Q≥10"。引用时须注明来源。
EU-DEMO 的"大半径 8.6 m、净电 350 MWe"必须搭配年份：这是 2024 年低环径比（LAR）新基线，2018 年基线是 9.1 m / 500 MWe。 Bachmann 等（FED 204, 114518, 2024）的建议区间是环径比 2.6–3.0，最终基线取 2.8。

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参考文献（全部逐条核实：作者、单位、卷期页、DOI）

Yuanxi Wan, Jiangang Li, Yong Liu, Xiaolin Wang, Vincent Chan, Changan Chen, Xuru Duan, Peng Fu, Xiang Gao, Kaiming Feng, Songlin Liu, Yuntao Song, Peide Weng, Baonian Wan, Farong Wan, Heyi Wang, Songtao Wu, Minyou Ye, Qingwei Yang, Guoyao Zheng, Ge Zhuang, Qiang Li, and CFETR Team. *Overview of the present progress and activities on the CFETR.* Nuclear Fusion 57 (2017) 102009. DOI 10.1088/1741-4326/aa686a — 第一作者万元熙、第二作者李建刚：中科院等离子体所（ASIPP）；刘永、段旭如、冯开明、杨青巍、郑国 Yao：核工业西南物理研究院；王小林、陈长安、王和义：中国工程物理研究院；Vincent Chan、叶民友：中国科学技术大学；万发荣：北京科技大学。

G. Zhuang, G.Q. Li, J. Li, Y.X. Wan, Y. Liu, X.L. Wang, Y.T. Song, V. Chan, Q.W. Yang, B.N. Wan, X.R. Duan, P. Fu, B.J. Xiao, and the CFETR Design Team. *Progress of the CFETR design.* Nuclear Fusion 59 (2019) 112010. DOI 10.1088/1741-4326/ab0e27 — 第一作者庄革：中国科学技术大学；通讯团队覆盖 ASIPP、SWIP、中物院；Vincent Chan 时属美国通用原子公司（General Atomics）。

Yuntao Song, Jiangang Li, Yuanxi Wan, Yong Liu, Xiaolin Wang, Baonian Wan, Peng Fu, Peide Weng, Songtao Wu, Xuru Duan, Qingwei Yang, Kaiming Feng, Qiang Li, Mingyou Ye, Ge Zhuang, Yunfeng Liang, Xiang Gao, Changan Chen, Heyi Wang, Guoyao Zheng, Yuhong Xu, Tianlin Qian, Vincent Chan, Bingjia Xiao, Kun Lu, Jinxing Zheng, Mingxuan Lu, Dequan Liu, Jian Liu, Yu Wu, Xufeng Liu, Yi Shi, Binglin Hou, Chen Liu, Jian Ge, Caipin Zhou, Hong Ran, Qijie Wang, Xiaoyu Wang, Songlin Liu, Sumei Liu, Damao Yao, Yong Cheng, Liqun Hu, Chundong Hu, Fukun Liu, Gen Chen. *Engineering design of the CFETR machine.* Fusion Engineering and Design 183 (2022) 113247. DOI 10.1016/j.fusengdes.2022.113247 — 第一作者宋云涛：中科院等离子体所 / 中国科学技术大学。

Chao Dai, Yu Wu, Jiangang Li, Zichuan Guo, Jinggang Qin, Feng Long, Arend Nijhuis, Pierluigi Bruzzone, Boris Stepanov, Yi Shi, Sheng Liu, Yongliang Zhang, Arnaud Derevd, Binglun Xiang. *Performance test and analysis of the first large-scale cable-in-conduit conductor with high J_c Nb₃Sn strand for fusion reactor.* Nuclear Fusion 61 (2021) 036044. DOI 10.1088/1741-4326/abdbcd — 戴超、吴玉、李建刚（通讯）、秦经刚、龙风、施毅：ASIPP；郭子川、张永良：中国科学技术大学；Arend Nijhuis：荷兰特文特大学；Pierluigi Bruzzone、Boris Stepanov：瑞士 PSI / EPFL-CRPP；Arnaud Derevd：CERN；项彬伦：甘肃白银有色长通电线电缆有限公司。

Songlin Liu, Lei Chen, Xuebin Ma, Xiaoman Cheng, Peng Lu, Mingzhun Lei, Kecheng Jiang, Xueli Zhao, Xujia Wang, Kai Huang, Qiuran Wu, Wenjia Wang, Yi Yu, Qixin Ling. *Design of the Water-Cooled Ceramic Breeder blanket for CFETR.* Fusion Engineering and Design 177 (2022) 113059. DOI 10.1016/j.fusengdes.2022.113059 — 刘松林团队：中科院等离子体所。TBR 全包覆 1.165 / 计入窗口 1.052 / 加偏滤器包层 1.123 出自此文。

Shijun Qin, Qingfeng Wang, Xiaoju Liu, Xianfeng Chen, Xuebing Peng, Jinxing Zheng, Kun Lu, Yuntao Song. *Design, analysis and remote handling compatibility for a CFETR long leg divertor concept.* Fusion Engineering and Design 167 (2021) 112351. DOI 10.1016/j.fusengdes.2021.112351 — 覃世军等：中科院等离子体所。外腿 2.4 m 长腿偏滤器与从上窗口遥操作更换方案出自此文。

Jinxing Zheng, Yuntao Song, Fei Liu, Xufeng Liu, Kun Lü, Lei Zhu, Weiwei Xu, Guang Shen, Chao Fang, Cheng Li, Ming Li, Haiyang Liu. *Progress in engineering design of CFETR toroidal field superconducting magnet.* Fusion Engineering and Design 177 (2022) 113063. DOI 10.1016/j.fusengdes.2022.113063 — 郑金星、宋云涛等：中科院等离子体所。

Rui Ding（丁锐）, Vincent S. Chan, Jiangang Li（李建刚）. *Integrated physics design of conventional H-mode scenario for China Fusion Engineering Demo Reactor.* Plasma Science and Technology 27 (2025) 100101. DOI 10.1088/2058-6272/ade22a — 中科院等离子体所。CFEDR 参数（R = 7.8 m, a = 2.5 m, I_p = 15 MA, B_0 = 6.3 T, P_fus = 1.5–3 GW, Q = 15–30, 运行因子 > 0.5, TBR > 1）与 13 个任务组的划分出自此文。

Rui Ding, Xiaoju Liu, Hui Wang, Guoliang Xu, Guozhang Jia, Fuqiong Wang, Hang Si, Chaofeng Sang, Chen Zhang, Xuele Zhao, Vincent Chan. *Divertor power exhaust with Ar impurity seeding for CFEDR H-mode operation.* Plasma Science and Technology 27 (2025) 104002. DOI 10.1088/2058-6272/ade124 — 第一作者丁锐（ASIPP 研究员），通讯作者刘晓菊（ASIPP 副研究员，BEST/CFETR/CFEDR 偏滤器物理设计核心）；桑超峰：大连理工大学。

Plasma Science and Technology, Volume 27, Number 10（2025 年 10 月）CFEDR 物理设计专刊，共 15 篇：100101、104001–104015。IOP 期刊目录：https://iopscience.iop.org/issue/1009-0630/27/10 — 其余各篇第一作者：张洁（104001 加料）、旷圆圆（104003 电子回旋）、刘海庆（104004 诊断）、仇志勇（104005 α 粒子）、李莉（104006 MHD）、樊皓尘（104007 芯部—台基）、周呈熙（104008 钨杂质）、曾龙（104009 破裂，含 JOREK 团队）、徐国梁（104010 第一壁）、蒋科成（104011 包层）、蒋宇昊（104012 离子回旋）、谢海（104013 氚燃耗）、李航（104014 磁平衡）、黄耀（104015 运行控制）。

Jinping Qian（钱金平，Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences）and Yevgen Kazakov（Laboratory for Plasma Physics, LPP-ERM/KMS, Belgium）, eds. *BEST Research Plan, 1st Edition: Missions and Pathways to Realisation*, Version 1.1, 27 November 2025. DOI 见 ASIPP/EUROfusion 发布页：https://ipp.cas.cn/zhuanti/xzzq/202511/P020251202378339008205.pdf — ASIPP 贡献者：Y.T. Song（宋云涛）、J.G. Li（李建刚）、K. Lu、G.S. Xu、B. Zhang、S.L. Zheng、G.Q. Li、X.B. Peng、J.G. Qin、X.J. Wang、V. Chan、R. Ding（丁锐）、Z.H. Liu、S.Z. Huang、J.X. Zheng、Y.Y. Huang、B.J. Xiao（肖炳甲）、X.Z. Gong（龚先祖）、B.N. Wan（万宝年）；EUROfusion 贡献者：G. Federici、M. Wischmeier、R. Kamendje、J. Elbez-Uzan、E. Joffrin、P. Mantica、R. Villari、J. Hillairet、J. Graves、R. Coelho、M. Falessi、S. Zoletnik 等；ITER 组织：A. Loarte；UKAEA：D. King、L. Garzotti、A. Valentine。

Francesco Romanelli (on behalf of DTT Contributors), D. Abate, E. Acampora, … P. Zumbolo. *Divertor Tokamak Test facility project: status of design and implementation.* Nuclear Fusion 64 (2024) 112015. DOI 10.1088/1741-4326/ad5740 — 第一作者与通讯：Francesco Romanelli，DTT S.C.a.r.l., 00044 Frascati (Roma), Italy；兼罗马第二大学（Tor Vergata）核能物理教授、Nuclear Fusion 主编。论文为 DTT Contributors 集体署名，共同作者逾 550 人。

F. Crisanti, R. Ambrosino, M.V. Falessi, L. Gabellieri, G. Giruzzi, G. Granucci, P. Innocente, P. Mantica, G. Ramogida, G. Vlad, R. Albanese, … F. Zonca. *Physics basis for the divertor tokamak test facility.* Nuclear Fusion 64 (2024) 106040. DOI 10.1088/1741-4326/ad6e06 — F. Crisanti：DTT S.C.a.r.l.（Frascati）+ 图西亚大学 DEIm；R. Ambrosino：DTT + CREATE 联合体 + 那不勒斯费德里科二世大学；G. Giruzzi：法国 CEA IRFM；C. Angioni、R. Neu、M. Wischmeier、T. Luda：德国马普所等离子体物理所（IPP Garching）；F. Zonca：ENEA Frascati / 中国科学技术大学。

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M.F. Sutcliffe, A. Torre, B. Boudes, B. Lacroix, Q. Le Coz, C. Nguyen Thanh Dao, S. Nicollet（法国 CEA, IRFM, Saint-Paul-Lez-Durance）, V. Corato（意大利 ENEA, Frascati）. *Magnet design activities at CEA for EU-DEMO LAR baseline.* MT-29 会议论文（2025/2026）。EU-DEMO 2018 与 2024 LAR 基线参数对照表（A 3.1→2.8；R₀ 9.1→8.6 m；P_fus 2010→1650 MW；净电 500→350 MWe；B_T 5.3→4.4 T）出自此文。

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