21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道
南方財經(jīng)全媒體記者郭曉潔,龐成
2025-04-25 10:19
“‘玄龍-50U’兆安電流實(shí)驗(yàn)成功解決了電流產(chǎn)生和維持過程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，讓等離子體電流達(dá)到1兆安，溫度達(dá)到4000萬度。這是全球首次實(shí)現(xiàn)兆安級氫硼等離子體放電。該成果驗(yàn)證了氫硼燃料在磁約束條件下實(shí)現(xiàn)高參數(shù)放電的科學(xué)可行性?！?br/>
4月20-23日，由中國核學(xué)會指導(dǎo)、中國核學(xué)會核聚變與等離子體物理分會主辦、新奧集團(tuán)承辦的第四屆“受控核聚變與人工智能技術(shù)學(xué)術(shù)會議”在廊坊舉辦，新奧能源研究院院長劉敏勝在4月21日的會議開場致辭中介紹了新奧聚變裝置最新的進(jìn)展。
4月16日，新奧“玄龍-50U”球形環(huán)氫硼聚變裝置實(shí)驗(yàn)取得重大突破，實(shí)現(xiàn)了高溫高密度百萬安培(兆安)等離子體電流。
“玄龍-50U”由新奧集團(tuán)自主設(shè)計建造，是在中國首座中等規(guī)模球形托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置“玄龍-50”的基礎(chǔ)上升級而來，于2024年1月24日實(shí)現(xiàn)首次等離子體放電。
2024年8月，“玄龍-50U”開展的500千安培等離子體大電流實(shí)驗(yàn)取得成功，達(dá)成裝置設(shè)計的關(guān)鍵性能指標(biāo)。
“托卡馬克和球形環(huán)的一個核心機(jī)制是用等離子體電流來實(shí)現(xiàn)等離子體約束，所以電流越大，裝置整體性能越好?！?/p>
劉敏勝在4月21日接受界面新聞采訪時表示，達(dá)到兆安級電流的傳統(tǒng)托卡馬克裝置基本已處在世界前列水平。在球形環(huán)領(lǐng)域，目前全球只有英國的MAST-U、美國NSTX-U和新奧的“玄龍-50U”三個球形環(huán)裝置實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。
“在2026年，我們要率先在這個裝置上實(shí)現(xiàn)氫硼聚變的反應(yīng)?！眲⒚魟僬f。
核聚變是輕原子核結(jié)合成較重原子核并放出巨大能量的過程。由于聚變原材料資源相對豐富，且無污染排放，因此可控核聚變一直被認(rèn)為是人類解決能源問題的重要出路，視為“終極能源”。
當(dāng)前可控核聚變技術(shù)路線主要有三種，包括重力場約束核聚變、激光慣性約束核聚變和磁約束核聚變。其中，磁約束核聚變目前研究的裝置包括托卡馬克、仿星器、反向場箍縮及磁鏡等。
托卡馬克被譽(yù)為“人造太陽”，其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，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。球形環(huán)是更接近球形的一種托卡馬克，相較于傳統(tǒng)托卡馬克(形狀接近輪胎)更緊湊。
等離子體是指在高溫下，電子脫離原子核形成自由電子和離子的物質(zhì)狀態(tài)。
新奧集團(tuán)是中國最早開展商用聚變能源開發(fā)的民營企業(yè)，自2017年以來聚變研發(fā)投入達(dá)40億元，為研發(fā)投入超2億美元(約合14.6億元人民幣)的全球八家聚變企業(yè)之一。
早在2019年，新奧建設(shè)的中國首座中等規(guī)模球形環(huán)聚變實(shí)驗(yàn)裝置“玄龍-50”就建成并實(shí)現(xiàn)等離子體放電。
“就整體磁約束路線而言，‘玄龍-50U’屬于大型裝置，國內(nèi)能做到1兆安的磁約束裝置，也就是全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)和‘中國環(huán)流三號’(HL-3)。”
4月21日，新奧聚變首席科學(xué)家彭元凱和新奧聚變實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家石躍江在接受界面新聞等媒體采訪時表示，“玄龍-50U”不僅達(dá)到了兆安級別，且是高溫度高參數(shù)的等離子體，驗(yàn)證了氫硼等離子體可以達(dá)到高參數(shù)，為后續(xù)的磁約束氫硼聚變實(shí)驗(yàn)奠定了很好開端。
他們同時指出，此次突破的第二個貢獻(xiàn)是對未來的球形環(huán)和托卡馬克聚變堆實(shí)驗(yàn)計劃所面臨共性難題的支持。比如國際熱核聚變堆ITER計劃采用實(shí)時硼化的方法獲得穩(wěn)定的高參數(shù)等離子體，而氫硼放電也同時起到實(shí)時硼化的效果，“玄龍-50U”的結(jié)果對ITER等裝置的運(yùn)行也有重要的參考價值。
此外，玄龍-50U的非感應(yīng)電流啟動和高效電流驅(qū)動的運(yùn)行模式也為球形環(huán)和托卡馬克反應(yīng)堆的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行提供了一種可能解決方案。
不同于國內(nèi)其他商業(yè)核聚變公司將氘氚作為聚變?nèi)剂?，新奧選擇了氫硼聚變技術(shù)路線，也就是通過氫原子核和硼原子核的聚變反應(yīng)，產(chǎn)生3個帶正電的氦-4核，釋放大量能量。
氫硼聚變不產(chǎn)生放射性的中子，且氫硼儲量豐富容易獲取，但相較于氘氚聚變實(shí)現(xiàn)難度更大。
彭元凱和石躍江兩位專家介紹稱，氫硼聚變需要更高的等離子體溫度(約10-20億攝氏度，超過氘氚的1-2億攝氏度)和更優(yōu)化的磁場約束條件及等離子體溫度分布函數(shù)控制。
“很多人都認(rèn)為氫硼聚變難度大，等離子體性能低、參數(shù)低，離最后的(聚變)目標(biāo)很遠(yuǎn)?！眲⒚魟賹缑嫘侣劚硎?，但在氫硼實(shí)現(xiàn)兆安級突破后，對這條路線未來商業(yè)化的信心就充分了。
新奧的核聚變商業(yè)化路線分為三步：第一步為2026年在“玄龍-50U”上實(shí)現(xiàn)氫硼聚變反應(yīng)；第二步是到2030年在下一代聚變裝置“和龍-2”實(shí)現(xiàn)全面的氫硼聚變；第三步是到2035年前實(shí)現(xiàn)工程可行性，將球形環(huán)氫硼聚變推進(jìn)到商業(yè)化。
國際上已有裝置明確實(shí)現(xiàn)了氫硼聚變。2023年3月，日本國立聚變科學(xué)研究所(NIFS)與美國聚變公司TAE合作，已首次在磁約束聚變等離子體中實(shí)現(xiàn)了氫硼聚變實(shí)驗(yàn)。
