é  引    言  û

      “清洁”、“安全”、“无限”,核聚变被认为是人类能源的终极解决方案。1克聚变物质可以释放9万千瓦时的电力… …

      “2021年是核聚变发展的惊人一年,我不认为我们在聚变史上有过这样的一年,”普林斯顿等离子体物理实验室主任斯蒂芬·考利(Steven Cowley)说。

      2021年12月30日夜,中科院合肥研究院等离子体所,中国国家重大科技基础设施EAST全超导托卡马克装置(东方超环)再次创造世界纪录,实现了1056秒长脉冲高参数等离子体运行,这是目前世界上托卡马克装置实现的最长时间高温等离子体运行;此前,东方超环也创造了1亿摄氏度等离子温度持续运行超过100秒的世界纪录,核工业西南研究院环流器二号M装置及新奥集团炫龙50装置也成功实现放电,各项目均已取得了不同程度的技术突破。等离子体达到1亿摄氏度并能保持稳定运行,推开了可控核聚变发电的大门。

      2021年12月21日英国牛津欧洲联合环(JET)核聚变装置,产生了有史以来最高的持续能量脉冲,5秒持续反应时间即释放出59MJ的能量。

      英国tokamak Energy、美国CFS(Commonwealth Fusion Systems)、HELION、TAE等多家商业公司,纷纷将核聚变进入发电质变点的时间线提至2030年;全球最大的核聚变装置法国ITER,也于2021年完成了主体部件的吊装。

      低温超导线圈磁场强度提升受限,而高温超导材料的成熟,给紧凑型核聚变技术方案带来更加可行的加速路径。

      CFS在官网称:正是高温超导材料的成熟,让磁约束核聚变成为可能。CFS成立于2018年,仅三年时间就拿出了重要里程碑突破:2021年9月,CFS制造的高温超导磁体能提供高达20特斯拉的稳态磁场,该磁体体现出的潜力,为核聚变净功率输出开辟了道路,成为世界上最强的核聚变磁体。此重要技术的突破,被《麻省理工科技评论》列为全球年度十大突破性技术之一,也为CFS获得了核聚变发展史上最大的一笔商业融资。CSF已经破土动工建造一座实验反应堆,预计于2025年完工,如果成功,CFS计划在未来十年内建立一个完全商业化的发电厂。

      谷歌人工智能DeepMind和瑞士洛桑联邦理工学院等离子体中心的物理学家,共同完成了一个强化学习算法系统,成功地用于以算法加速探索对等离子体运行控制的优化方案。

      将2030年实现商业发电为目标的英国tokamak Energy,也成为率先完成1亿摄氏度等离子体连续运行的商业公司。其首席执行官克里斯·科赛尔(Chris Kelsall)表示:高温超导磁体与球形托卡马克搭配,是实现干净和低成本商业核聚变能源的最佳途径。

      每一步,都在强化着几十年的技术突破和积累,都在完善着核聚变的伟大图景。

      全球顶级公司谷歌、亚马逊早已开始对核聚变投资,比尔盖茨、贝佐斯等顶级富豪,也分别投资了核聚变商业公司。2022年2月《华尔街日报》援引业内人士的话称:“一波又一波的资金涌入到核聚变领域当中,这正是核聚变工业扩张的信号”。

      数据公司PitchBook的信息显示,近年来聚变行业吸引了近50亿美元的资本融资,仅在2021年就吸引了近30亿美元。英国《金融时报》2021年11月报道,据其不完全统计显示,2021年,美国核聚变领域吸引到的投资规模高达23亿欧元。而在随后的一个月,仅HELION、TAE、General Fusion 和CFS 此4家公司就获得了约40亿美元的融资。其中仅美国CFS一家公司就获得了18.5亿美元的投资。

      核聚变投资的升温中,也包括中国腾讯投资英国的First Light Fusion公司及米哈游、蔚来资本等投资上海能量奇点的行动。2022年4月,成立于2021年6月的能量奇点完成近4亿元人民币首轮融资。

      核聚变行业协会(Fusion Industry Association)首席执行官安德鲁·霍兰德(Andrew Holland)认为,2030年代核聚变的主要竞争“将不是科学问题或是工程问题,而是制造问题,你能以多快的速度建造”。

      根据国际原子能机构(IAEA)发布的数据,截至2021年底,全球在运营的核聚变装置有96座,在建核聚变装置有9座,计划建设的装置则有29座。其中,公用事业机构旗下的核聚变装置总数为107座,中国、法国、美国、英国、德国、日本、俄罗斯、韩国、加拿大、荷兰、印度等国家都拥有核聚变试验装置。

      2022年3月15日,美国政府对外宣布“正在制定一个大胆的十年愿景来加速核聚变”,3月17日白宫举行的聚变峰会上,美国政府能源部长詹妮弗·格兰霍尔姆(Jennifer Granholm)说,能源部现在将协调其所有聚变能源研究机构,以推进该技术。在美国国会2022年财年的综合拨款法案中,有7.13亿美元用于支持核聚变研究和建设。

      2021年10月1日,英国政府公布《国家核聚变战略》,启动“球形托卡马克能源生产计划”,计划在2040年前建立一个核聚变发电厂;在这份战略规划里,“英国要建立一个世界领先的聚变产业,在未来几十年里可以向全世界输出聚变技术”成为英国鲜明的国家战略目标。

      中国的核聚变工程堆CFETR也规划于2030年代建成。

      已故苏联物理学家、托卡马克装置发明人之一的列夫•阿尔茨莫维奇(Lev Artsimovich)说过:当社会需要核聚变时,核聚变就会准备好。




é  应用案例  û

| 可控核聚变项目——美国Commonwealth Fusion Systems公司

美国CFS公司使用高温超导带材绕制大口径、20T的强磁场磁体,将应用于SPARC、ARC超导核聚变等,第一阶段磁体已于2021年9月宣布测试成功。

365wm完美体育已为该项目批量提供超过一百余公里采用30微米超薄基带的高性能高温超导带材,用于聚变导体和磁体研制。

图片来源:Commonwealth Fusion Systems 官网



| 可控核聚变项目——英国Tokamak Energy公司

托卡马克能源公司ST-40球形托克马克反应堆于2022年3月实现1亿摄氏度的温度,成为商业化核聚变研究的重要里程碑。

365wm完美体育与英国TE公司进行深度合作,于2017-2020年间分批陆续供应宽幅高性能高温超导带材,用于强场磁体研制及超导可控核聚变。

图片来源:Tokamak Energy 官网