上?!叭嗽焯?yáng)”再現(xiàn)最新動(dòng)向。2月2日,可控核聚變商業(yè)公司能量奇點(diǎn)宣布,其洪荒70高溫超導(dǎo)托卡馬克在第5755次實(shí)驗(yàn)中,成功實(shí)現(xiàn)了1337秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖等離子體運(yùn)行,這主要得益于基于AI的等離子體反饋控制技術(shù)不斷優(yōu)化。這是全球首個(gè)商業(yè)公司研發(fā)建造的核聚變裝置,成功實(shí)現(xiàn)了千秒量級(jí)的等離子體電流長(zhǎng)脈沖運(yùn)行。
此前,2025年1月20日,中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院自主研制的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變(EAST)實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)現(xiàn)了超億度、1066秒的長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,創(chuàng)下了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。此次洪荒70實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)脈沖等離子體運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)超過(guò)了EAST,但未公布實(shí)現(xiàn)的電量等其他數(shù)據(jù)。
北京大學(xué)應(yīng)用物理與技術(shù)研究中心研究員康煒表示,洪荒70實(shí)現(xiàn)千秒量級(jí)的等離子體電流長(zhǎng)脈沖運(yùn)行是工程調(diào)試中的階段性進(jìn)展。判斷一個(gè)托卡馬克裝置的進(jìn)展,關(guān)鍵要看其核心物理參數(shù),如等離子體電流、溫度、密度以及由此計(jì)算的聚變?nèi)胤e等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。聚變?nèi)胤e(等離子體溫度、密度和能量約束時(shí)間的乘積)是衡量聚變效果的參數(shù)。學(xué)術(shù)界認(rèn)為,該數(shù)值達(dá)到10的22次方時(shí),聚變反應(yīng)輸出的功率才能大于等于為驅(qū)動(dòng)這一反應(yīng)而輸入的功率,達(dá)到點(diǎn)火條件(Q>1)。
能量奇點(diǎn)表示,洪荒70本輪實(shí)驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖等離子體運(yùn)行為核心目標(biāo),于2025年11月正式啟動(dòng)。1月6日下午,洪荒70在第5319次實(shí)驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)了120秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖等離子體運(yùn)行,標(biāo)志著已具備可靠的長(zhǎng)脈沖運(yùn)行能力。隨后在1月19日,洪荒70在第5609次實(shí)驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)了335秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖等離子體運(yùn)行。本輪實(shí)驗(yàn)成功驗(yàn)證了基于AI的等離子體診斷技術(shù)和反饋控制技術(shù)能夠大幅提升等離子體運(yùn)行控制能力;高溫超導(dǎo)磁體及配套電源系統(tǒng)在長(zhǎng)周期復(fù)雜工況下具有極強(qiáng)的運(yùn)行穩(wěn)定性;自主設(shè)計(jì)的射頻波電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能符合預(yù)期;基于主動(dòng)水冷的面向等離子體部件在長(zhǎng)周期運(yùn)行中的抗熱負(fù)荷性能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。
能量奇點(diǎn)稱,洪荒70開(kāi)展長(zhǎng)脈沖實(shí)驗(yàn)的核心目的是不斷提升團(tuán)隊(duì)的物理和工程能力,同時(shí)進(jìn)一步訓(xùn)練等離子體診斷和控制算法,為后續(xù)裝置比如洪荒170的設(shè)計(jì)和建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)。下一步將研發(fā)建設(shè)強(qiáng)磁場(chǎng)緊湊型高溫超導(dǎo)托卡馬克工程樣機(jī)“洪荒170”。該裝置的目標(biāo)是成為全球成本最低的可實(shí)現(xiàn)氘氚等效凈能量增益的托卡馬克裝置,從而全面驗(yàn)證和奠定高效、高性價(jià)比獲取聚變能的科學(xué)和工程基礎(chǔ)。
洪荒70由能量奇點(diǎn)自主研發(fā)建造,于2024年3月建成,同年6月首次等離子體放電。該裝置是全球首臺(tái)全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置,也是全球首臺(tái)由商業(yè)公司研發(fā)建造的全超導(dǎo)托卡馬克裝置,國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)96%。能量奇點(diǎn)位于上海,是國(guó)內(nèi)第一家聚變能源商業(yè)公司,成立于2021年6月。該公司主要研制有商業(yè)發(fā)電潛力的高磁場(chǎng)、高參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化的高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置及其運(yùn)行控制軟件系統(tǒng)。天眼查APP顯示,該公司曾于2022年和2023年分別進(jìn)行過(guò)天使輪和Pre-A輪融資,參投股東包括蔚來(lái)資本、藍(lán)馳創(chuàng)投、米哈游等。
當(dāng)前可控核聚變技術(shù)路線主要有三種:重力場(chǎng)約束核聚變、激光慣性約束核聚變和磁約束核聚變。其中,磁約束核聚變目前研究的裝置包括托卡馬克、仿星器、反向場(chǎng)箍縮、場(chǎng)反位形(FRC)及磁鏡等。當(dāng)前主流技術(shù)路線是托卡馬克。除洪荒70,位于安徽合肥的EAST裝置和“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”裝置,均采用托卡馬克技術(shù)路線。托卡馬克被譽(yù)為“人造太陽(yáng)”,其裝置的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室,外面纏繞著線圈,在通電時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng),將其中的等離子體加熱到很高的溫度,以達(dá)到核聚變的目的。
與傳統(tǒng)托卡馬克不同,高溫超導(dǎo)托卡馬克采用高溫超導(dǎo)材料如稀土鋇銅氧(REBCO)等制成的磁體系統(tǒng)。這些材料臨界溫度和臨界磁場(chǎng)遠(yuǎn)高于低溫超導(dǎo)材料,使得建造更緊湊、更強(qiáng)磁場(chǎng)、更高效率的裝置成為可能,從而顯著改善聚變能源的經(jīng)濟(jì)性。能量奇點(diǎn)表示,高溫超導(dǎo)托卡馬克是唯一同時(shí)滿足科學(xué)穩(wěn)健、工程可行以及有商業(yè)性價(jià)比這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的聚變能源方案,能夠率先實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電商業(yè)化。
近年來(lái),上海將聚變能源作為前沿科技與未來(lái)產(chǎn)業(yè)培育的重點(diǎn)方向,先導(dǎo)布局高溫超導(dǎo)等關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān),目前已初步形成了相對(duì)完整且技術(shù)路線多元的核聚變產(chǎn)業(yè)鏈。上海主要企業(yè)覆蓋了當(dāng)前磁約束聚變的多種路線。能量奇點(diǎn)研發(fā)全高溫超導(dǎo)托卡馬克,星環(huán)聚能專注球形托卡馬克,鴻鵠聚變則探索仿星器路線。1月12日,星環(huán)聚能完成10億元A輪融資,刷新了國(guó)內(nèi)民營(yíng)核聚變企業(yè)單筆融資紀(jì)錄。此輪融資由上海國(guó)資體系深度參與,上海國(guó)投公司旗下上??苿?chuàng)集團(tuán)、上海未來(lái)產(chǎn)業(yè)基金領(lǐng)投,中金資本、上海嘉定科投集團(tuán)聯(lián)合領(lǐng)投。星環(huán)聚能宣布與上海市嘉定區(qū)政府達(dá)成戰(zhàn)略合作,共同推進(jìn)星環(huán)一號(hào)(CTRFR-1)聚變裝置的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
全球核聚變能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入“賽馬”時(shí)間。從科學(xué)研究走向商業(yè)化應(yīng)用,聚變能研發(fā)需經(jīng)歷科學(xué)可行性、工程可行性、商業(yè)可行性三個(gè)階段?;?0多年的科研探索,當(dāng)前科學(xué)可行性階段已基本完成,全球聚變能發(fā)展進(jìn)入工程驗(yàn)證與商業(yè)化探索的關(guān)鍵窗口,主要經(jīng)濟(jì)體均瞄準(zhǔn)聚變能發(fā)電加速布局商業(yè)化項(xiàng)目。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)發(fā)布的《聚變能源展望2025》顯示,目前有40個(gè)國(guó)家正積極推進(jìn)聚變計(jì)劃,處于運(yùn)行、建設(shè)或規(guī)劃中的聚變裝置超過(guò)160座,既包括近期將進(jìn)行示范的中試廠,也有為未來(lái)產(chǎn)業(yè)部署鋪路的更大規(guī)模設(shè)施。磁約束(如托卡馬克)和慣性約束(如激光點(diǎn)火)是技術(shù)主流。
作為全球核能發(fā)展最快、規(guī)模最大的國(guó)家之一,過(guò)去40多年,我國(guó)立足核能“三步走”戰(zhàn)略,持續(xù)推動(dòng)聚變能發(fā)展,各類聚變裝置不斷涌現(xiàn),目前正按照“實(shí)驗(yàn)堆—示范堆—商用堆”計(jì)劃,在聚變能物理基礎(chǔ)、材料科學(xué)、工程建造、設(shè)備研制等領(lǐng)域持續(xù)深耕細(xì)作。近段時(shí)間,核聚變能產(chǎn)業(yè)在國(guó)家戰(zhàn)略布局、研發(fā)突破與資本加持等多重作用下,持續(xù)呈現(xiàn)“烈火烹油”之勢(shì)。