界面新聞?dòng)浾?| 戴晶晶
中國(guó)目前磁場(chǎng)最強(qiáng)、等離子體性能最高的球形托卡馬克裝置成功運(yùn)行。
7月12日晚，陜西星環(huán)聚能科技有限公司（下稱星環(huán)聚能）官微發(fā)布消息稱，近日中國(guó)聯(lián)合球形托卡馬克2號(hào)（SUNIST-2）建成并開展了首輪運(yùn)行，獲得100千安培等離子體電流。
SUNIST-2由清華大學(xué)設(shè)計(jì)、星環(huán)聚能和清華大學(xué)聯(lián)合建設(shè)，是國(guó)內(nèi)目前磁場(chǎng)最強(qiáng)、等離子體性能最高的球形托卡馬克，設(shè)計(jì)參數(shù)為大半徑0.53米、小半徑0.33米，磁場(chǎng)1特斯拉，等離子體電流0.5兆安培。
磁場(chǎng)單位包括特斯拉、高斯，1特斯拉＝1萬(wàn)高斯。地球磁場(chǎng)約等于0.5高斯。
同日，清華大學(xué)工程物理系發(fā)布的消息提及，SUNIST-2將主要用于探索磁重聯(lián)高效加熱等離子體的新物理和新技術(shù)、開發(fā)新的等離子體控制手段，評(píng)估磁場(chǎng)達(dá)到1特斯拉量級(jí)時(shí)球形托卡馬克的等離子體性能。
這是建成商業(yè)示范聚變電站必要的前置工作。星環(huán)聚能稱，將基于SUNIST-2為建設(shè)下一代聚變級(jí)技術(shù)驗(yàn)證裝置CTRFR-1作準(zhǔn)備。
核聚變能源的原材料資源豐富，且無(wú)污染排放，因此可控核聚變被一直認(rèn)為是人類解決能源問題的重要出路，視為人類“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(chǎng)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(chǎng)箍縮及磁鏡等。
托卡馬克被譽(yù)為“人造太陽(yáng)”，其裝置的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈，在通電時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng)，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。
球形托卡馬克是更接近球形的托卡馬克，相較于傳統(tǒng)托卡馬克（形狀接近輪胎）更緊湊。
清華大學(xué)的資料顯示，球形托卡馬克具有更高的安全因子，自然的D形截面，更好的磁流力學(xué)穩(wěn)定性，可以得到較高的比壓（等離子體壓強(qiáng)與磁壓強(qiáng)之比）。高比壓值可大幅降低反應(yīng)堆的尺寸，降低成本。
托卡馬克聚變堆單位體積的聚變功率正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)強(qiáng)度越小，聚變堆尺寸就需要更大才能達(dá)到聚變功率。
隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步和成本下降，建造可商用的小型托卡馬克和其它核聚變裝置變得可行。
2022年12月13日，美國(guó)能源部宣布加州勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的NIF裝置實(shí)現(xiàn)了核聚變“凈能量增益”，理論上驗(yàn)證了核聚變商業(yè)化的可能性。
據(jù)核聚變工業(yè)協(xié)會(huì)（FIA）統(tǒng)計(jì)，全球有超30家公司正致力于實(shí)現(xiàn)核聚變的商業(yè)化，目前這些公司已共計(jì)獲得了超50億美元的融資。
中國(guó)國(guó)內(nèi)具有代表性的兩家聚變商業(yè)公司為能量奇點(diǎn)和星環(huán)聚能。
能量奇點(diǎn)成立于2021年6月，是中國(guó)首家聚變能源商業(yè)公司，業(yè)務(wù)聚焦于開發(fā)高磁場(chǎng)、高參數(shù)、緊湊型高溫超導(dǎo)托卡馬克裝置等。
能量奇點(diǎn)在2022年4月表示，未來(lái)兩年將實(shí)施第一步發(fā)展戰(zhàn)略，研發(fā)和建設(shè)全球首臺(tái)基于全高溫超導(dǎo)磁體的緊湊型托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置。
星環(huán)聚能是清華大學(xué)工程物理系核能所聚變團(tuán)隊(duì)通過(guò)成果轉(zhuǎn)化孵化的一家企業(yè)，成立于2021年10月。
星環(huán)聚能的聚變能開發(fā)路線為基于高約束性能的高溫超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)球形托卡馬克，使用磁重聯(lián)高效地加熱等離子體至發(fā)生聚變反應(yīng)，并以類似內(nèi)燃機(jī)的方式多沖程運(yùn)行，持續(xù)輸出聚變能。
該公司表示，這條技術(shù)路線的設(shè)計(jì)極大地簡(jiǎn)化了聚變堆的結(jié)構(gòu)，顯著提升聚變堆的經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)營(yíng)聚變電站的復(fù)雜度和難度，具有非常突出的商用優(yōu)勢(shì)。