界面新聞記者 ｜ 戴晶晶

“高溫超導強場磁體是核聚變發(fā)展的主要瓶頸，上海在這方面應該是積累最深的?！?/span>

隨著高溫超導和人工智能等技術突破，全球核聚變商業(yè)化進程加速，受到各國政府和資本市場關注。

4月10日，上海翌曦科技發(fā)展有限公司(下稱翌曦科技)創(chuàng)始人兼董事長、上海市高溫超導材料與系統(tǒng)工程技術中心主任金之儉在接受界面新聞采訪時表示，上海市經(jīng)過十幾年對高溫超導產(chǎn)業(yè)的培育，現(xiàn)在已經(jīng)到了為國家核聚變戰(zhàn)略作出貢獻的階段。

2022年6月，脫胎于上海交通大學高溫超導團隊的翌曦科技在上海成立，主攻聚變強場磁體。當年9月，其獲得5000萬元種子輪融資，目前正在進行第二輪融資。

2023年，翌曦科技與中核集團核工業(yè)西南物理研究所正式簽署合作協(xié)議，就高溫超導強場聚變磁體展開聯(lián)合設計。當年，翌曦科技兩個項目入選上海市2023年度“科技創(chuàng)新行動計劃”超導專項，獲得市科委撥款資助。

核聚變是指氘、氚等輕原子核結合成氦等較重原子核并放出巨大能量的過程。仿照太陽內(nèi)部熱核聚變反應的可控核聚變裝置，也被稱為“人造太陽”。由于聚變原材料資源豐富，且無污染排放，因此可控核聚變被一直認為是人類解決能源問題的重要出路，視為“終極能源”。

自2021年起，美國CFS公司打造緊湊型聚變發(fā)電裝置、美國國家點火裝置(NIF)激光核聚變點火“成功”等消息推動聚變產(chǎn)業(yè)成為熱點，美國、英國和日本等國也已制定了國家核聚變戰(zhàn)略。

根據(jù)核聚變工業(yè)協(xié)會的報告，截至去年7月，全球共有43家公司正在研究核聚變，產(chǎn)業(yè)投資達到62億美元，比2022年增加14億美元，增幅約三成。

2023年，中國國務院國資委啟動實施未來產(chǎn)業(yè)啟航行動，明確可控核聚變領域為未來能源的重要方向，由25家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體也在年末成立，為國內(nèi)核聚變產(chǎn)業(yè)添上一把火。

可控核聚變技術路線主要包括磁約束和激光慣性約束，前者通過電磁體來限制等離子體，使其保持穩(wěn)定并達到觸發(fā)聚變反應的溫度和密度條件。

作為磁約束聚變主流的研究裝置，“人造太陽”托卡馬克裝置的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈，在通電時內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場。

高溫超導是指特定材料在臨界溫度在液氮溫度77K(-196℃)以上，出現(xiàn)超導電性的物理現(xiàn)象，即電流可以在材料中零電阻通過，且具有完全抗磁性。相比傳統(tǒng)低溫超導，高溫超導能夠極大降低制冷成本，并縮小托卡馬克裝置的體積。

“高溫超導強場特性遠超低溫超導，低溫超導磁體很難做到15特斯拉以上，但是高溫超導磁場強度最高世界紀錄已經(jīng)達到了45.5特斯拉。”金之儉表示，按照托卡馬克的輸出功率公式，如果磁場強度能夠提高一倍，裝置體積只有原來的十六分之一，極大降低了研發(fā)成本，研發(fā)周期大大縮短，原來投資巨大50年預期的國際合作項目演變成了一個10年預期的投資熱點。

上海市對高溫超導行業(yè)已進行了大量布局，推動了世界首套全商業(yè)化運行上海35千伏公里級超導電纜示范工程的落地。

金之儉2010年創(chuàng)立的上海交通大學高溫超導團隊，從高溫超導材料到應用全產(chǎn)業(yè)鏈展開研發(fā)布局，高溫超導材料通過上海超導科技股份有限公司(下稱上海超導)進行了工業(yè)化落地。

上海超導成立于2011年，從事第二代高溫超導帶材研發(fā)、應用及銷售，為中科院等離子體所、中科院電工所、美國CFS公司、英國Tokamak Energy公司等全球100多家單位提供產(chǎn)品或服務。

其中，美國CFS公司、英國Tokamak Energy公司為國際領先的核聚變玩家，已成功研制高溫超導磁體。上海超導作為它們的核心材料供貨商，其產(chǎn)品國際先進水平已得到了證明。

隨著以核聚變?yōu)榇淼漠a(chǎn)業(yè)對高溫超導材料的需求增加，以及資本進入核聚變產(chǎn)業(yè)鏈上游，上海高溫超導產(chǎn)業(yè)正迎來巨大機遇。

金之儉表示，美國CFS公司的單個SPARC示范裝置超導帶材用量就就接近1萬公里，瞄準實現(xiàn)聚變發(fā)電的ARC工程實驗堆需求量可能會達到2.4萬公里，而2021年全球的超導帶材產(chǎn)能僅3000公里。在此巨量需求驅(qū)動下，近兩年全球廠商都在進行大規(guī)模擴產(chǎn)。

“我估計到今年年底或明年年初，國內(nèi)超導帶材的產(chǎn)能將從300-400公里/年，擴大至每年4000-5000公里?！苯鹬畠€稱，這將推動高溫超導材料價格顯著下降，高溫超導整個產(chǎn)業(yè)正迎來重大發(fā)展機遇。

除了與國際公司合作，上海超導也積極供貨國內(nèi)商業(yè)化核聚變公司，如為陜西星環(huán)聚能科技有限公司和能量奇點能源科技(上海)有限公司提供高溫超導帶材。

目前，經(jīng)歷了兩輪公開融資的上海超導正在尋求IPO。此外，另一家高溫超導材料公司甚磁科技(上海)有限公司在今年1月也剛剛宣布完成了新一輪近億元融資。

上海的高溫超導產(chǎn)業(yè)鏈不僅實現(xiàn)了二代材料的工業(yè)化量產(chǎn)，也瞄準了實現(xiàn)核聚變裝置更關鍵的強場磁體。

今年，上海市經(jīng)信委、市發(fā)改委等印發(fā)《上海核電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動方案（2024-2027年）》將可控核聚變技術作為六項重點工程之一，也提及要突破大尺寸、高電流密度、強磁場的高溫超導磁體關鍵技術。

“上海制定了高溫超導三年行動計劃，設定了三個目標，形成國際領先的優(yōu)質(zhì)高溫超導材料上海供應能力，奠定高溫超導產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎；突破高溫超導聚變強場磁體核心技術瓶頸，支撐國家聚變戰(zhàn)略；促進高溫超導產(chǎn)業(yè)鏈性價比整體提升，推動高溫超導產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”

金之儉指出，高溫超導強場磁體是緊湊型托卡馬克最核心的部件，技術門檻和商業(yè)價值都非常高，在托卡馬克系統(tǒng)成本中占到40%-50%。