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。

據能量奇點CEO楊釗介紹，洪荒70具有自主知識產權，且國產化率超過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)化聚變能源技術的公司，主要研制有商業(yè)發(fā)電潛力的高磁場、高參數、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。

據能量奇點聯合創(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、工程經驗最豐富的一條可控核聚變技術路線。

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，在通電時內部會產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域的創(chuàng)新技術路線。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。”楊釗表示。

葉雨明表示，此次洪荒70裝置實現等離子體放電，驗證了高溫超導托卡馬克技術路線的工程可行性，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路線領域最為突出的公司是美國聯邦聚變系統(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，能夠實現進一步降本。

據能量奇點介紹，洪荒170建成后，將會成為全世界尺寸最小、成本最低的能夠實現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，內部代號為經天磁體。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。