中国人造太阳研究步入世界第一梯队 全球已有约50家私营聚变研发企业 不久前,中国科学团队开发的八分之一聚变堆真空室和整体重新安装系统通过了专家组的测试和验收,系统开发水平和运行能力达到国际先进水平,中国核聚变技术水平再次引起热烈讨论。
“人造太阳”-核聚变能源是利用轻元素核聚变反应释放能量的能源形式。由于单位燃料聚变反应释放能量大,聚变资源储量丰富,主要产品清洁安全,可控核聚变一直被科学界视为未来处理人类能源困境的清洁、安全、丰富的长期出路。然而,经过半个多世纪的发展,可控核聚变仍有相当长的商业应用。近年来,世界国际聚变领域再次掀起热潮,大型设备和研发项目频繁取得新进展,私营企业突然崛起,主要国家政策也跟进支持,形成聚变“竞争”趋势。
根据今年年初国际原子能机构的数据,世界上有163个在运输、新建和计划建设的聚变研究设施。国际热核聚变试验堆是当今国际重大科学工程之一(ITER)在中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国的合作下,我们不断突破问题,取得了建设进展。各国主要科研机构相继新建升级聚变研究设施,实验成果取得新突破。在国外大型设备中,美国DII-D中国聚变设备和国家点火设施(NIF)、俄罗斯T-15MD托卡马克设备,英国欧洲联合环设备(JET)、德国Wendelsstein 7-X仿星设备、韩国KSTAR超导托卡马克设备、日本JT-60SA托卡马克研究设备等都在不同的技术路线和指标上刷新了记录。中国人造太阳研究步入世界第一梯队 全球已有约50家私营聚变研发企业
中国聚变研究始于20世纪50年代,中国核工业西南物理研究院、中国科学院合肥物质科学研究院等老科研机构和多所大学多年来追求进步,在托卡马克、仿星器、球形托卡马克、反场箍缩设备、磁镜设备、直线设备、偶极磁场装置等传统非传统技术路线上有基础。目前,在不断取得新突破的情况下,正逐渐进入世界第一梯队。其中,2024年中国环流3号(HL-3)实现150万安培电流的高约束模等离子体运行,自主研发大功率高频(105gHz)旋转管、数字双系统等关键设备,设备运行参数和控制水平位居世界前列。2025年1月,全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)首次创造了“1亿℃1000秒”的长脉冲高约束模等离子体运行世界纪录。核聚变技术研发基地、聚变堆主机关键系统综合研究设施、紧凑型聚变能试验装置、中国聚变工程试验堆等研究工程试验设施也在总体规划中。中国人造太阳研究步入世界第一梯队 全球已有约50家私营聚变研发企业
如何对待世界主要国家关于“人造太阳”技术发展的“竞争”?
首先,近年来,新兴聚变公司呈现出异军突起的趋势,为促进聚变能商业化增添了新的力量。据不同统计,全球约有50家私营聚变R&D企业呈现快速增长趋势。大多数私营企业致力于使用新颖的解决方案和技术,大大加快聚变能实现的进程。有企业认为,第一家聚变电厂有望在20世纪30年代初实现。例如,英国第一光聚变企业(First Light Fusion)2024年4月3日宣布“弹丸聚变”取得重大技术进展,加拿大通用聚变公司于2024年12月宣布磁化靶聚变(MTF)该技术创造了等离子体压缩的记录。我国民营能源企业在这方面也发展迅速。例如,今年3月10日,能源奇点公司宣布,高温超导磁体“天磁体”已达到国际领先水平。
其次,可控核聚变作为人类最具挑战性的科研项目问题之一,一直是科学界合作的焦点。2023年,中国国内聚变科技企业和科研机构成立了聚变产业联盟和可控核聚变创新联盟,加强合作与合作。国际合作也进入了一个新的阶段。去年11月,“世界聚变能源集团”首次部长级会议召集了30多个国家核能源主管机构。目前,中国已与世界50多个国家的120多家核聚变科研机构建立了合作与交流,特别是在帮助东南亚、西亚、南美、北非等地建设核聚变新兴国家的学科和实验装置方面。世界南方国家积极利用核能促进社会发展,有望成为下一阶段核能和平利用甚至核聚变能源发展的新热点。中国致力于与各方创造开放、公平、公正、非歧视的国际科技发展环境,共享优势技术资源平台,使核技术在人类福祉中发挥更大的作用。中国人造太阳研究步入世界第一梯队 全球已有约50家私营聚变研发企业
第三,我们也应该理性对待国际可控核聚变的热趋势。可控核聚变的研究不应低估成本、科学和工程的困难水平以及解决问题的时间跨度。ITER最初计划在2020年开始测试,由于挑战,它一再推迟到2034年,成本从50亿美元上升到220亿美元。目前,可控核聚变的主要科学和工程挑战包括等离子体稳态燃烧、高温辐照材料、槲增殖和自持循环,短期内商业化前景相当不确定。中国最近的新突破集中“爆发”,显示了高端人才资源、工业基础储备、供应链能力、协调智力等优势,有望成为未来国际可控核聚变的领导和支柱,为发展中国家和国际社会带来福祉,突出中国高新技术发展方向
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