界面新聞記者 | 高菁
全球首臺全高溫超導托卡馬克裝置建成運行。
6月18日，能量奇點能源科技(上海)有限公司(下稱能量奇點)宣布，由該公司設計、研發(fā)和建造的洪荒70裝置成功實現(xiàn)等離子體放電。該裝置為全球首臺全高溫超導托卡馬克裝置，也是全球首臺由商業(yè)公司研發(fā)建設的超導托卡馬克裝置。
據(jù)能量奇點CEO楊釗介紹，洪荒70具有自主知識產(chǎn)權(quán)，且國產(chǎn)化率超過96%。裝置的設計工作始于2022年3月，總體安裝于今年2月底完工，創(chuàng)造了全球超導托卡馬克裝置研發(fā)建造的最快紀錄。
能量奇點成立于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、高參數(shù)、標準化的高溫超導托卡馬克裝置及其運行控制軟件系統(tǒng)。
該公司曾于2022年和2023年分別進行過天使輪和Per-A輪融資，參投股東包括米哈游、蔚來等企業(yè)。
當前可控核聚變技術(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，磁約束核聚變的研究裝置主要包括托卡馬克、仿星器、反向場箍縮及磁鏡等。
據(jù)能量奇點聯(lián)合創(chuàng)始人、COO葉雨明介紹，托卡馬克研究路線是全球研究最充分、工程經(jīng)驗最豐富的一條可控核聚變技術(shù)路線。
托卡馬克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，以達到核聚變的目的。
作為全高溫超導托卡馬克裝置，洪荒70的全部磁體系統(tǒng)，包括環(huán)向場(TF)線圈、極向場(PF)線圈和中心螺線管(CS)線圈，均采用高溫超導材料建造，整體建造成本約為1.5億元。
高溫超導材料是具有相對較高臨界溫度(通常高于40K，-233攝氏度)、可以在液氮溫度(77K，即-196.15 攝氏度)下實現(xiàn)超導狀態(tài)的材料。
楊釗表示，高溫超導材料能夠顯著提升磁場的強度，更有效地約束等離子體，從而提高聚變反應效率。
對于核聚變裝置而言，Q值是一個至關(guān)重要的指標。它直接反映了聚變反應器的能量效益，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所需輸入的能量，能量奇點的目標是做到Q＞10，目前人類能夠達到的最大Q值是1.53。
楊釗指出，如果要建設一臺Q＞10的托卡馬克裝置，使用高溫超導材料能夠使裝置體積縮小至傳統(tǒng)低溫超導裝置的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)建造過一百多臺托卡馬克裝置，但洪荒70所采用的高溫超導托卡馬克是這一領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)路線。高溫超導對于磁約束聚變而言是一種新的材料，用高溫超導材料來建造托卡馬克，控制和約束等離子體，還沒有先例可循?！睏钺摫硎?。
葉雨明表示，此次洪荒70裝置實現(xiàn)等離子體放電，驗證了高溫超導托卡馬克技術(shù)路線的工程可行性，即用高溫超導材料建造托卡馬克，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托卡馬克技術(shù)路線領(lǐng)域最為突出的公司是美國聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司(CFS)，該公司在2018年率先提出了Q≥10的小型化高溫超導托卡馬克裝置SPARC的設計圖，并于2022年開始建設，計劃在2025年建成，較能量奇點早了兩年。
能量奇點的計劃是在2027年完成下一代強磁場高溫超導托卡馬克裝置——洪荒170的建設，該裝置以實現(xiàn)Q＞10為目標。
葉雨明透露，洪荒170的磁場強度將是SPARC的110%，直徑是SPARC的90%，體積則為SPARC的70%左右，能夠?qū)崿F(xiàn)進一步降本。
據(jù)能量奇點介紹，洪荒170建成后，將會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)，能量奇點也在研發(fā)高溫超導D形磁體，內(nèi)部代號為經(jīng)天磁體。該磁體目標達到25特斯拉的磁場強度，計劃于今年年底完成制造和測試。目前已建成的洪荒70的磁場強度為2.5特斯拉。
據(jù)葉雨明介紹，洪荒170尚處于物理裝置階段，預計在明年年初開始進行工程設計。2030年后，能量奇點還將啟動再下一代高溫超導托卡馬克裝置——洪荒380的建設，目標建成可用于示范性聚變發(fā)電站的托卡馬克裝置。