界面新聞?dòng)浾?| 高菁

全球首臺(tái)全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置建成運(yùn)行。

6月18日，能量奇點(diǎn)能源科技(上海)有限公司(下稱(chēng)能量奇點(diǎn))宣布，由該公司設(shè)計(jì)、研發(fā)和建造的洪荒70裝置成功實(shí)現(xiàn)等離子體放電。該裝置為全球首臺(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)建設(shè)的超導(dǎo)托卡馬克裝置。

據(jù)能量奇點(diǎn)CEO楊釗介紹，洪荒70具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，且國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)96%。裝置的設(shè)計(jì)工作始于2022年3月，總體安裝于今年2月底完工，創(chuàng)造了全球超導(dǎo)托卡馬克裝置研發(fā)建造的最快紀(jì)錄。

能量奇點(diǎn)成立于2021年，是一家探索可商業(yè)化聚變能源技術(shù)的公司，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)。

該公司曾于2022年和2023年分別進(jìn)行過(guò)天使輪和Per-A輪融資，參投股東包括米哈游、蔚來(lái)等企業(yè)。

當(dāng)前可控核聚變技術(shù)路線(xiàn)主要有三種，包括重力場(chǎng)約束核聚變、激光慣性約束核聚變和磁約束核聚變。其中，磁約束核聚變的研究裝置主要包括托卡馬克、仿星器、反向場(chǎng)箍縮及磁鏡等。

據(jù)能量奇點(diǎn)聯(lián)合創(chuàng)始人、COO葉雨明介紹，托卡馬克研究路線(xiàn)是全球研究最充分、工程經(jīng)驗(yàn)最豐富的一條可控核聚變技術(shù)路線(xiàn)。

托卡馬克裝置的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線(xiàn)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。

作為全高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置，洪荒70的全部磁體系統(tǒng)，包括環(huán)向場(chǎng)(TF)線(xiàn)圈、極向場(chǎng)(PF)線(xiàn)圈和中心螺線(xiàn)管(CS)線(xiàn)圈，均采用高溫超導(dǎo)材料建造，整體建造成本約為1.5億元。

高溫超導(dǎo)材料是具有相對(duì)較高臨界溫度(通常高于40K，-233攝氏度)、可以在液氮溫度(77K，即-196.15 攝氏度)下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)狀態(tài)的材料。

楊釗表示，高溫超導(dǎo)材料能夠顯著提升磁場(chǎng)的強(qiáng)度，更有效地約束等離子體，從而提高聚變反應(yīng)效率。

對(duì)于核聚變裝置而言，Q值是一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo)。它直接反映了聚變反應(yīng)器的能量效益，即裝置產(chǎn)生的能量與維持聚變所需投入的能量之比。Q＞1，代表著輸出的能量大于維持反應(yīng)所需輸入的能量，能量奇點(diǎn)的目標(biāo)是做到Q＞10，目前人類(lèi)能夠達(dá)到的最大Q值是1.53。

楊釗指出，如果要建設(shè)一臺(tái)Q＞10的托卡馬克裝置，使用高溫超導(dǎo)材料能夠使裝置體積縮小至傳統(tǒng)低溫超導(dǎo)裝置的2%左右，裝置建造周期也將從原本的30年縮短至3-4年。

“雖然目前全球已經(jīng)建造過(guò)一百多臺(tái)托卡馬克裝置，但洪荒70所采用的高溫超導(dǎo)托卡馬克是這一領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)路線(xiàn)。高溫超導(dǎo)對(duì)于磁約束聚變而言是一種新的材料，用高溫超導(dǎo)材料來(lái)建造托卡馬克，控制和約束等離子體，還沒(méi)有先例可循。”楊釗表示。

葉雨明表示，此次洪荒70裝置實(shí)現(xiàn)等離子體放電，驗(yàn)證了高溫超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)路線(xiàn)的工程可行性，即用高溫超導(dǎo)材料建造托卡馬克，控制、約束等離子體，在工程層面可行。

眼下，在全球可控核聚變高溫超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)路線(xiàn)領(lǐng)域最為突出的公司是美國(guó)聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司(CFS)，該公司在2018年率先提出了Q≥10的小型化高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置SPARC的設(shè)計(jì)圖，并于2022年開(kāi)始建設(shè)，計(jì)劃在2025年建成，較能量奇點(diǎn)早了兩年。

能量奇點(diǎn)的計(jì)劃是在2027年完成下一代強(qiáng)磁場(chǎng)高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置——洪荒170的建設(shè)，該裝置以實(shí)現(xiàn)Q＞10為目標(biāo)。

葉雨明透露，洪荒170的磁場(chǎng)強(qiáng)度將是SPARC的110%，直徑是SPARC的90%，體積則為SPARC的70%左右，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步降本。

據(jù)能量奇點(diǎn)介紹，洪荒170建成后，將會(huì)成為全世界尺寸最小、成本最低的能夠?qū)崿F(xiàn)10倍能量增益的托卡馬克裝置。

為支持洪荒170的研發(fā)，能量奇點(diǎn)也在研發(fā)高溫超導(dǎo)D形磁體，內(nèi)部代號(hào)為經(jīng)天磁體。該磁體目標(biāo)達(dá)到25特斯拉的磁場(chǎng)強(qiáng)度，計(jì)劃于今年年底完成制造和測(cè)試。目前已建成的洪荒70的磁場(chǎng)強(qiáng)度為2.5特斯拉。

據(jù)葉雨明介紹，洪荒170尚處于物理裝置階段，預(yù)計(jì)在明年年初開(kāi)始進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。2030年后，能量奇點(diǎn)還將啟動(dòng)再下一代高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置——洪荒380的建設(shè)，目標(biāo)建成可用于示范性聚變發(fā)電站的托卡馬克裝置。