1月20日,有“人造太阳”之称的国家重大科技基础设施——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),在安徽合肥首次完成1亿摄氏度1000秒“高约束模燃烧”。“亿度千秒”的里程碑创造了新的世界纪录,也标志着我国聚变能源研究实现从基础科学向工程实践的重大跨越。
2025年恰逢中国核工业创建70周年。在中国工程院院士叶奇蓁看来,当下我国核能发展处于重要的战略机遇期,而聚变堆是世界各大国高度合作与竞争的技术领域。
因无限、清洁和安全的特性,可控核聚变被认为是解决人类能源问题的终极方案。中信证券相关研报认为,在技术路径基本打通、各国持续加大投入的背景下,预计2030—2035年全球核聚变装置市场规模有望达到2.26万亿元。民营企业和社会资本争相进入核聚变领域,与央企“国家队”优势互补、共同促进聚变商业化落地,给中国核聚变研发加快形成新质生产力持续注入新活力。
新奥聚变实验装置“玄龙-50U”
聚变能源研发多轮驱动
“根据我国核聚变发展路线规划,将在2050年前后建成聚变商用电站,实现聚变堆商用发电。”中国核学会核聚变与等离子体物理分会名誉理事长刘永曾表示。
1955年,钱三强等科学家就提议开展中国自己的可控核聚变研究;1983年,“热堆—快堆—聚变堆”核能“三步走”战略正式提出,聚变堆成为远期建设的主力堆型;1998年,我国立项了全世界第一台全超导非圆截面的托卡马克装置HT-7U,即EAST的前身;2003年,我国参与国际热核聚变实验堆计划(ITER)谈判,2007年正式加入该计划,走上国际舞台。
当下,“双碳”目标驱动下,我国作为能源消费大国,对清洁能源需求迫切,基于长远的能源需求,聚变能源成为解决问题的核心变量之一。
在很多业内专家看来,可控核聚变一旦实现商业化落地,或将如蒸汽机、电气化的出现一样,主导新一轮科技革命。
“大家总是说核聚变能源还有很长的路,就是因为它太难,但是一旦实现,整个人类社会都会随之发生根本的变化。”国际热核聚变实验堆实验包层委员会委员冯开明说。
冯开明表示,经过数十年的探索和积累,我国在核聚变领域已形成“集中精力办大事”的举国体制优势。通过ITER计划积累工程经验,大幅提升了我国在核聚变领域科研技术、项目管理、专业人才培养等方面的能力,并已形成超导磁体、抗辐照材料等配套产业链。“我国目前已形成‘国家队’加上企业和资本市场多轮驱动的核聚变发展新格局,这是其他国家无法比拟的。”在他看来,我国在核聚变领域的优势,是政策推动与市场需求共振的结果。
2023年底,中核集团牵头成立可控核聚变创新联合体,秉承开放、共建、共享的理念,加快推进可控核聚变未来产业发展,成员单位包含央企、科研院所、高校和民营企业等。以清洁能源为主业的民营企业新奥集团正是其中一员。
“未来核聚变领域的技术研发,还要警惕单一技术路线的风险。民营企业作为‘国家队’的有益补充,在商业化落地上更加敏锐,适合进行新型技术途径的探索,如紧凑型聚变装置、球形托卡马克装置、仿星器装置、场反装置、氢硼聚变等。”冯开明表示,“新奥正在尝试的球形环氢硼聚变,就是一种技术上的前瞻性创新。”
新奥聚变控制大厅
探路氢硼聚变新路线
和当下核聚变领域主流的氘氚聚变不同,新奥选择的是氢硼聚变路线。
2017年新奥基于过去从低碳向无碳能源转型升级的创新探索,对核聚变的各种路线和实验装置进行全球调研,开启了核聚变研发的自主探索之旅。
“2017年我们就基本确定,要做‘无中子,低成本,燃料丰富,可商业化’的未来能源,可能就得走氢硼聚变路线。”新奥能源研究院院长刘敏胜说,“但是新奥不能‘纸上谈兵’,要经过充分的理论研究和实践验证。”
从2017年到2022年的5年时间里,新奥求知若渴,遍访相关研究机构,参加所有能“够得上”的会议,如海绵吸水一般汲取知识和经验。同时基于可控核聚变商业化的探索初衷,新奥搭建多个装置,测试不同实现方式,判断每一阶段需要解决哪些技术问题,氢硼聚变的路线图逐渐明朗。
2022年7月,新奥正式确定球形环氢硼聚变的技术路线。因为高难度、高风险、高成本、研究机构极少,这一路线曾面临不少质疑。
2023年3月,《自然—通讯》的一篇论文称,日本国立聚变科学研究所和美国TAE技术公司携手,首次在磁约束聚变等离子体中实现了氢硼聚变实验。这也更坚定了新奥深耕氢硼聚变技术路线的决心。
新奥自主设计建造的我国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置——“玄龙-50”稳定实验运行4年后,于2024年升级为“玄龙-50U”,快速跻身大型磁约束实验平台先进行列。同时,新奥并行开展整体参数国际领先的球形环氢硼聚变新装置“和龙”的建设,预计2027年建成,旨在探索氢硼聚变中的各项关键技术。
“‘玄龙-50U’的实验进度比预期快。我们将原本计划在‘和龙-2’上开展的氢硼聚变反应,提前到在‘玄龙-50U’上实现。”刘敏胜说。
冯开明表示,民营企业运作效率高,决策机制灵活,能够实现技术快速迭代。这恰好在新奥实践上得到了验证。
推动核聚变研究开放生态
经过数年的探索实践,新奥愈发认识到,聚变是一个极其复杂的大科学工程,需要长周期的开放沟通、交流合作,整合全球智慧,推动不同技术路线兼容共济、协同发展。
新奥已沉淀出“求真务实、引领突破、生态共赢”的科研创新文化。开放要覆盖政、产、学、研,也要辐射国内外。“我们欢迎国内外专家提出的各类意见,新奥才能以不到300人的团队,吸引数千人的生态伙伴一起做。”刘敏胜说。
新奥的合作伙伴中,北京大学、南开大学等高等学府与其共建科技创新中心,通过聚变物理和人工智能等学科交叉,加速实现技术突破,培养后备人才;在和产业链上下游的多家国企和民营企业合作过程中,新奥也愈发感受到行业内外对可控核聚变创新的热情。从大型国企龙头到专精特新企业,当意识到新奥是在探索能源未来时,众多合作伙伴都曾表示不计成本也要支持。
在可控核聚变这条赛道上,正在形成“国家队”与民营企业战略互补的开放生态。新奥迎难而上、持续投入的实践,既是中国可控核聚变商业化多元探索的缩影,也是民营企业与国家战略同频共振的创新样本。
在冯开明看来,国家队和民营企业缺一不可。“国家队”是核聚变能从0到1核心突破的推动者,民营企业更可能成为从1到100放大市场化和创新化的加速器。
可控核聚变探索过程中,一直流传着“永远需要50年”的魔咒。越来越多民营企业加入聚变研究领域,虽然面临研发周期长、投入资金巨大、短期无法实现商业化的难题,但他们都坚持长期主义的战略定力,怀抱产业报国的使命,利用各自优势不断努力,汇入中国聚变研发的生态,正在形成促进中国可控核聚变早日实现商业化的合力。
作者:朱影
文章来源:中国新闻周刊
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