“一剑”是指强流直线等离子体装置“赤霄”,由中国科学㊣院合肥物质科学研究院等离子体所研制,得名于中国古代十大名剑之一的赤霄剑,是一把实打实的“光剑”。1月14日,“赤霄”全面建成并投入运行,为核聚变装置材料研发打通了“任督二脉”。不到一周后,1月20日,位于合肥的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),也就是“一堆”所指的聚变实验㊣堆,实现了超1亿摄氏度□□、1066秒稳态运行,刷新世界纪录。
有“人造太阳”之称的托卡马克装置,旨在模拟太阳产生能量的原理,在地球上实现可控核聚变,从而产生㊣大量清洁能源。近年来,国内核聚变研究从基础科研逐步迈向工程实践,除了“国家队”的大科学装置外,核聚变企业也带着各种小巧灵动的自研装置“加入战场”,国内商业㊣核聚变领✅域规模初具。
去年7月,聚变行业协会FIA发布《2024年全球聚变行业报告》,调研了全球最重要的45家核聚变商业企业。在35家受访回复的企业中,最乐观的3家认为2030年前其可以实现聚变电力上网。国内企业星环聚能是受访企业之一,其创始人□□□、CEO陈锐虽然不是最激进的那一派,但仍认为到2030年左右,至少会有一些商业化聚变公司能够制造出聚变示范电站。
陈锐2003年本科毕业于清华大学工程物理系,后获悉尼大学经济学博士,2014年起在中央财经大学金融学院任教。2021年,他和本科同学一起创立星环聚能,旨在通过✅技术创新,将可控核聚变技术商业化,提供✅清洁能源的解决方案。国内商业核聚变发展得如何了?星环聚能度过了怎样的2024年?
2024年,我们最有成就感的一件事,是从无到有组建了一支分工明确的高温超导磁体研发团队,并进行了全面的工艺验证和实验测试工作。
在聚变反应堆中,超导磁体用于产生稳定磁场,约束等离子体,是重要的部件。可控聚变装置的本质是“烧开水”,将聚变燃料也就是等离子㊣体,加热到极高的温度以实现聚变反应。
2023年初,我们就开始与高温超导方面㊣的专家交流,联合研发磁体,同时与产业链和供应商沟通,开始组建人㊣才队伍。高温超导团队目前超10人,搭建了一套完整的高温超导磁体设计□□、仿真□□□□、制造□□□、测试流程,同时能与其他工㊣程部门合作,进行全产业链级的研发。2024年初,星环聚能成功研制出一款高温超导磁体,目前,已带来超千万元级的收入。
当然,过程是困难的,最大的波折是人员分工。高温超导技术人才习惯了项目组的工作方式,也就是全程参与磁体的设计和实验。但这种模式适合小团队独立磁体的集中研发,核聚变装置所需磁体工艺复杂,需要多系统□□□、多专业合作,多人同时开展多个项目,这对团队组织和项目管理提出了巨大的挑战。
在高压下,团队持续不断的工程创新令我印象深刻。针对等离子体温度□□□、电压□□□、磁场等信号,行业内普遍使用几组不同的设备,部署□□□□、维护和后期数据处理极为麻烦。星环聚能电子部门研制了一套诊断系统,以单台设备解决了多需求场景,信号质量和稳定性大幅提升,极大提升了高温超导磁体的测试效率。
而磁体只是整个聚变堆的一部分。许多企业都面临着系统工程方面的挑战。对于核聚变的“烧开水”而言,传统的“微波炉式”加热方法虽㊣然㊣有㊣效,但成本高昂,几乎能让整套装置的造价翻倍,并且能量损失大,聚变难以产生稳定的净能量输出。
星环聚能走✅的路线是磁重✅联加热。在托卡马克装置中,等离子体流会产生㊣磁能,这部分磁能可以通过磁重联过程转化为等离子体的动能,进而实现加热。也就是说,等离子体通过内部的“自摩擦”提高温度,提高了能量转化效率,也就更可能实现净能量输出。
我们的目标是快速□□、经济地实现聚变能。在技术方案积累的基础上,星环聚能目前已基本完成了第二步,即初步工程验证。2023年,我们验证了重复㊣重联方案的稳定运行,一些指标达到国际领先✅水平。我们已开始走出第三步,也就是彻底验证工程的可行性,为建造下一代聚变验证装置CTRFR-1做好准备。
2018年,我们提出磁重联构想时,还不知道这和美国的Helion公司“撞型”了。这家美国公司成立于2013年,也采用磁重联技术。2024年底石墨粉对人体有害吗,Helion公司的投资人之一□□□□、OpenAI CEO萨姆奥尔特曼透露,Helion将“很快”演示净能量增益核聚㊣变。Helion一直都是一家非常激进的公司,称在2028年前就实现这一目标,并且还和微软公司签了对赌协议。虽然我对这一表态持审慎态㊣度,但我们所选择的加热方式的确具备极高的经济优势。
在可控核聚变的工程化竞速中,国内外可以说是平行并跑。目前拼的是谁能更好□□□□、更快,以更具性价比的方式落地。中国在这方面是有优势的,因为我们具备完善的产业链□□、强大的工程落地能力以及大量电子□□□、机械□□□□、AI领域人才。国外领跑研发的惯性思维该打破了。
以前,大家普遍认为可控核聚变只能靠举国之力,甚至国际联合才有能力✅做,比如国际热㊣核聚变实验堆ITER项目。但在过去几年间,由于高温超导技术进步□□□□、AI的引入以及聚变本身的工程化推进,可控核聚变得以高速迭代,商业公司也能介入其中。
商业核聚变看上去和商业航天有点像,讲述着一个星辰大海的故事,但短期内实现规㊣模化收入的可能性并不大。核聚变是一个长周期的事业,但我们不能只靠情怀,也要给投资人看到回报的希望。
就星环聚能而言,我们目前装置的造价在1亿元左右,制造下一代装置的预算大约为10亿元。企业自身如何提升造血能力,对外如何吸引更多投资,是未来亟待攻克的难题。
大家都说2024年难,难就难在全球经济形势的不确定性增加,商业化落地需要逆势而为。对企业来说,融资和市场拓展愈发艰难,因此大家都在积极找寻获取经济收益的出路。衍生品是个不错㊣的方向。我前面提到的等离子体诊断系统,同行专家了解后非常感兴趣,积极与我们沟通,快速达成了一些采购协议,产品订单可达百万元级别。这是一个令人振奋的信号,意味着专业分工模式能够走通,阶段性成果也能产生收益。这也是✅2024年给我的最大惊喜。
在可控核聚变领域,有一个颇为有意思㊣的“50年定律”,在任何历史节点,提起可控核聚变实现的时间,永远都是“未来50年”。在20世纪五六十年代,氢弹的成功爆炸让人们对于可控核聚变的实现充满信心,可控核聚变的研发热潮爆发。但人们很快意识到,可控核聚变理论成功,工程化困难,突破性进㊣展很少。久而久之,“50年定律”深入人心。
不过,情况✅正在改变。星环聚能将于2027年底或2028年初开始进行商业示范堆的建设,3—5年内完成,目标是在2030年左右展示一个可输出电能的聚变反应堆。十年内看到可控核聚变的关键突破,已不再是天方夜谭。
当然,这只是证明我们可以利用聚变反应来发电,和完全的商业化还有距离。虽然在国家提出新质生产力后,社会对硬科技的关注整体有所提升,但核聚变行业仍然相对“冷门”。我们仍在推进第㊣三轮融资,一旦资金到位,将立刻着手CTRFR-1装置的建设。
目前,CTRFR-1正处于研发的关键时期,其目标十分严苛mek裂变反应堆搭建,需要将等离子体加热到1亿摄氏度,并实现稳定约束。这个温度是氘氚聚变发生的反应温度,如果能达到,意味着我们证明了方案在工程上的可行性,期待“50年定律”能被“十年之约”彻底颠覆。
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