为推进高水平科技自立自强,我国正充分发挥新型举国体制优势,强化前沿性、颠覆性技术的研发。在此背景下,核聚变能源的商业化作为解决人类能源问题的终极方案备受各方关注,也有政协委员提案呼吁加大对聚变产业发展的支持。
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。
中国以多轮研发驱动,重塑全球聚变格局
“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。
早在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。
专注聚变研究,是基于长远的能源需求。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。与此同时,“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,聚变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。
“我国目前已形成‘国家队’加上企业和资本市场多轮驱动的聚变发展新格局,这是其他国家无法比拟的。”冯开明说。在他看来,我国在聚变领域的优势,是政策推动与市场需求共振的结果。
2023年底由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”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”
新奥以商业化思维引领,探索氢硼聚变新路径
和当下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。
早在2017年,新奥就基于过去从低碳向无碳能源转型升级的创新探索,对聚变的各种路线和实验装置进行全球调研后,开启了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,5年时间里,新奥求知若渴,遍访国内外相关研究机构,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。同时基于聚变商业化的探索初衷和研判视角,新奥搭建多个装置,测试不同的聚变实现方式,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,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。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,能够实现技术的快速迭代。这恰好在新奥的实践上得到了验证。
新奥玄龙-50U首次放电成功
在可控核聚变探索过程中,一直流传着“永远需要50年”的魔咒。当下,越来越多的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,但这些民营企业都坚持长期主义的战略定力,怀抱产业报国的使命,义无反顾地投身于探索人类终极能源解决方案的伟大事业。
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