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2024年01月08日 星期一
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“人造太阳”国家队成立 多条技术路线竞跑

    据中核集团,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行

    标志着我国磁约束核聚变装置运行水平迈入国际前列,是我国核聚变能开发进程中的里程碑

    可控核聚变作为面向国家重大需求的前沿颠覆性技术,具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势,是目前认识到的能够最终解决人类能源问题的重要途径之一,对我国经济社会发展、国防工业建设具有重要战略意义

    视觉中国/图

    本报记者索寒雪北京报道

    可控核聚变被形容为“人造太阳”,即利用太阳的聚变模式,可无限生产出清洁能源,是全世界竞相角逐的下一代能源。

    “临近年底,每天都有投资机构和媒体在和我们联系。”陕西星环聚能科技有限公司(以下简称“星环聚能”)人士向《中国经营报》记者表示,“现在大家都知道这是未来能源的发展方向。”

    该企业创始团队核心成员均来自清华大学工程物理系核能所团队,是目前国内系统性从事磁约束可控聚变研究的顶尖团队之一。“虽然核聚变技术还处在前期阶段,但按照目前的发展,10年以内,应该可以实现商业化运作。”他向记者表示。

    核聚变技术的国家队也在集结。2023年12月29日,以“核力启航聚变未来”为主题的可控核聚变未来产业推进会召开,由25家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体正式宣布成立。

    至此,国内多条技术路线已经形成。

    资金、人才、技术多种考验

    2023年年末,美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室,4次成功进行核聚变的重复性点火,成为行业新的里程碑。首次聚变点火,意味着从聚变反应中产生净能量增益。

    仅从理论而言,可控核聚变所生产的清洁能源近乎无限量。“这就是说,输出的能量已经高于输入的能量。这个意义非常大。”国家电投进行核电研究的人士向记者表示。

    他同时表示,并不是所有企业都能够参与到可控核聚变研究中,前期需要特别巨大的投资。仅是前期技术开发金额,就可能高达数十亿元。

    星环聚能的技术路线是采用磁约束方式来管住等离子体,让其飘在空中,同时,用磁重联的方式加热等离子体,可以简单理解为一种自加热。

    该公司利用SUNIST-2设备初步验证技术方案的可行性,至今该装置累计投入1.5亿元,包括场地改造、团队运营。

    星环聚能计划将在下一代装置CTRFR-1彻底验证方案的工程可行性,实现等离子体输出能量大于输入能量。而下一代装置的预算则达到了10亿元。

    “业内缺少人才,缺少专家。”被采访人都认可当前这一状况。

    记者从中国核电处获悉,可控核聚变创新联合体的第一批关键技术任务由13家中央企业承担,共计10项,主要面向聚变工程化的高温超导磁体、聚变堆材料、大功率储能和产氚包层等四个核心领域开展集中攻关。

    在人才之外,设备制造的挑战也非常大。目前已有的核电设备,已经不能满足核聚变的需求。

    “我们现在的核电技术是裂变,不是聚变。现在裂变高温堆的温度是700摄氏度,低温堆的温度是200摄氏度。但是聚变所产生的温度要远高于这个温度。这对设备技术的要求非常高。”前述人士表示。

    记者注意到,在可控核聚变创新联合体名单中,有很多传统核电设备制造商,包括中国东方电气集团、中国兵器工业集团、中国宝武钢铁、中国机械科学研究总院、长江三峡集团、中国一重、哈尔滨电气等。

    技术竞赛正热

    星环聚能人士表示,目前实验任务很重,时间非常紧张。

    核聚变是指由质量小的原子在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大能量释放的一种核反应形式。

    记者从国家能源局网站上获悉,中核集团核工业西南物理研究院主导下的中国新一代“人造太阳”装置(HL-2M)在2022年10月19日下午实现了等离子体电流突破100万安培(1兆安培),创造了中国可控核聚变装置运行新纪录,标志着我国核聚变研发向聚变点火迈出重要一步,跻身国际第一方阵,技术水平居国际前列。

    中核集团核工业西南物理研究院自主设计、建造的新一代“人造太阳”装置(HL-2M)在2020年12月4日建成并实现了首次放电。

    来自清华大学的消息显示,2023年7月,清华大学新概念磁约束核聚变探索装置——中国联合球形托卡马克2号(SUNIST-2)建成并首次放电。

    SUNIST-2是我国目前磁场最强、等离子体性能最高的球形托卡马克,设计参数为大半径0.53米,小半径0.33米,磁场1.0特斯拉,等离子体电流0.5兆安培。SUNIST-2配备了一对可移动的内部极向磁场线圈、多组固定的外部极向磁场线圈和分段式中心螺线管,以及单路输出电流高达110千安培、总功率接近100兆瓦的模块化储能磁体电源,具备丰富的等离子体位形配置和强大的等离子体控制能力。

    “现在是在寻找最好的技术路线。”星环聚能人士向记者表示。

    在这一阶段,还无法实现各个技术之间借鉴的“大一统”模式。

    2023年国务院国资委启动实施未来产业启航行动,明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。未来产业启航行动聚焦新一代移动通信、人工智能、生物技术、新材料等15个重点产业领域方向,推动中央企业加快布局和发展战略性新兴产业。

    中国工程院院士李建刚2023年曾说:“用不到10年的时间,人们一定能看到有一盏灯在中国合肥被核聚变点亮。”

    目前,可控核聚变作为人类能源问题的理想解决方案,已成为大国科技竞争的前沿阵地。

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