第一個(gè)商用可控核聚變反應(yīng)堆會(huì)建在中國(guó)，還是在陜西

一覺(jué)醒來(lái)，可控核聚變商用的新聞刷屏了，很多網(wǎng)友已經(jīng)在想，能不能用上可控核聚變發(fā)出的電。

仔細(xì)觀察，事情似乎沒(méi)那么簡(jiǎn)單—

新聞中提到的商業(yè)受控核聚變項(xiàng)目甚至還沒(méi)有安裝...

要知道，國(guó)外的ITER，國(guó)內(nèi)的合肥EAST已經(jīng)做了很多年，可控核聚變的商業(yè)化也只敢保守地說(shuō)30年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

就連還在建設(shè)中的可控核聚變反應(yīng)堆，真的能成為中國(guó)第一個(gè)商業(yè)化項(xiàng)目嗎。

陜西的這個(gè)項(xiàng)目是什么。

新聞中提到的項(xiàng)目由陜西星環(huán)聚能科技有限公司實(shí)施，技術(shù)源于清華大學(xué)核聚變團(tuán)隊(duì)。

據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，他們提出并設(shè)計(jì)的基于球形托卡馬克的緊湊型重復(fù)重聯(lián)聚變堆有望大幅減少冗余輔助設(shè)備，顯著降低聚變堆的復(fù)雜性，提高氚增殖率。

環(huán)形聚能受控核聚變裝置示意圖

在建反應(yīng)堆被稱(chēng)為中國(guó)首個(gè)小型化快速迭代商用受控核聚變反應(yīng)堆。

據(jù)36Kr披露，目前只有20多名員工但今年6月，這家公司獲得了一批數(shù)億元的融資，由順為資本，聯(lián)想之星等10余家機(jī)構(gòu)共同完成

拿到錢(qián)，開(kāi)始工作目前，公司已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)基地的改造據(jù)星環(huán)聚能創(chuàng)始人介紹，球形托卡馬克裝置的所有安裝部件已經(jīng)進(jìn)場(chǎng)，預(yù)計(jì)今年11月前完成第一代裝置組裝

實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目組成員Zhihu Yukun透露，組件的組裝于本周開(kāi)始現(xiàn)在，小組中做實(shí)驗(yàn)的大多數(shù)學(xué)生正在Xi安建造這個(gè)裝置

但是這個(gè)設(shè)備設(shè)置好之后，真的完成了嗎。

創(chuàng)始人說(shuō):

目前這個(gè)項(xiàng)目只是一個(gè)零機(jī)，只是為了驗(yàn)證整個(gè)方案的科學(xué)可行性。

也就是說(shuō)，這個(gè)反應(yīng)堆是為后續(xù)的商業(yè)可行性打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際的聚變效應(yīng)。

至于很多網(wǎng)友期待的并網(wǎng)發(fā)電，可能要等一等了...

不過(guò)這家公司表示，如果明年進(jìn)展符合預(yù)期，他們將實(shí)現(xiàn)將等離子體加熱到1.5 keV的目標(biāo)

也就是說(shuō)，如果這個(gè)可控核聚變反應(yīng)堆建成后能夠商業(yè)化，那將是一個(gè)突破為什么網(wǎng)友還發(fā)出魯豫的聲音

首先說(shuō)一下可控核聚變。

核聚變，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在超高溫或高壓下，兩個(gè)較輕的原子核結(jié)合形成一個(gè)較重的原子核的過(guò)程。

這個(gè)過(guò)程會(huì)以極高的效率釋放出巨大的能量，而且是低污染高效率的一旦可控，就能創(chuàng)造巨大的能量?jī)r(jià)值

但是注意，可控核聚變的難點(diǎn)不在于核聚變，而在于可控性為了實(shí)現(xiàn)可控性，需要在超高溫或高壓條件下，將物質(zhì)約束在等離子體狀態(tài)目前一般采用慣性約束和磁場(chǎng)約束

源量子位嗶哩嗶哩視頻

目前主流的磁約束聚變裝置是托卡馬克，性能良好，研究充分球形托卡馬克用于恒星的能量聚集

再者，如果能在聚變電站，大中型船舶，海上平臺(tái)等方面實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，看來(lái)人類(lèi)從此可以獲得取之不盡的清潔能源了所以可控核聚變的研究之旅已經(jīng)很長(zhǎng)了，很多都在推進(jìn)

例如，早在37年前就提出了國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃這一跨國(guó)項(xiàng)目。

ITER計(jì)劃建造一個(gè)聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，首次可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模聚變反應(yīng)，其裝置也是托卡馬克。

ITER集合地點(diǎn)

1988年，實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆的研究和設(shè)計(jì)開(kāi)始，歷時(shí)13年，耗資15億美元，最終于2001年完工2006年，中國(guó)也正式加入該計(jì)劃

壞消息是，到目前為止，35個(gè)參與國(guó)已經(jīng)花費(fèi)了240多億美元，而ITER計(jì)劃還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)好消息是，ITER的完工計(jì)劃定于2026年

此外，英國(guó)的托卡馬克裝置，歐盟環(huán)，合肥的人造太陽(yáng)EAST也在試圖創(chuàng)造受控核聚變的新數(shù)據(jù)記錄。

2018年EAST實(shí)現(xiàn)1億度等離子體放電

其中，EAST以10 MW的加熱功率實(shí)現(xiàn)了2018年1億度高溫，2021年，EAST成功實(shí)現(xiàn)了1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒的可重復(fù)等離子體運(yùn)行。

中國(guó)商業(yè)化進(jìn)展如何。

確切的說(shuō)，目前有三家商業(yè)受控核聚變公司。

其他兩家公司包括星環(huán)聚能的路線基本相同——都是基于磁約束原理，也就是利用托卡馬克裝置。

雖然在新聞中宣布星環(huán)簇堆將建成中國(guó)第一個(gè)商用受控核聚變反應(yīng)堆，但該項(xiàng)目成員，來(lái)自清華大學(xué)等離子體科學(xué)與聚變實(shí)驗(yàn)室的于坤指出，最早的商用反應(yīng)堆應(yīng)該是龍軒—50。

龍軒—50是中國(guó)第一個(gè)中型球形托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置，于2019年在河北廊坊建成，實(shí)現(xiàn)了首次等離子體放電。

也就是說(shuō)，第一個(gè)商用受控核聚變反應(yīng)堆是由新奧集團(tuán)制造的，該集團(tuán)擁有一家能源公司，龍軒—50是由他們制造的。

另一家公司Energy Singularity成立于2021年，和星環(huán)聚能一樣。

去年6月，能源奇點(diǎn)獲得近4億元天使輪投資，由米哈游和蔚來(lái)資本領(lǐng)投但從進(jìn)度來(lái)看，這家公司的設(shè)備還在打造中，距離商業(yè)化還有20年左右的時(shí)間

具體來(lái)說(shuō)，能源奇點(diǎn)計(jì)劃在2024年開(kāi)發(fā)和建造一個(gè)基于全高溫超導(dǎo)磁體的緊湊型托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置，以運(yùn)行和點(diǎn)燃等離子體隨后，他們計(jì)劃在5~7年內(nèi)建造同等的Qgt1先進(jìn)高溫超導(dǎo)托卡馬克，并在10~15年內(nèi)建成一個(gè)經(jīng)濟(jì)聚變發(fā)電的商業(yè)示范堆

也就是說(shuō)，這個(gè)裝置的輸入能量在7年左右小于輸出能量，然后在15年實(shí)現(xiàn)商用。

那么，這些公司用什么技術(shù)來(lái)加速可控核聚變的商業(yè)化進(jìn)程，甚至聲稱(chēng)速度比ITER項(xiàng)目還要快呢。

一個(gè)例子是托卡馬克裝置關(guān)鍵堆芯中超導(dǎo)磁體的路徑選擇。

目前國(guó)內(nèi)外商業(yè)公司基本走高溫超導(dǎo)路線，但國(guó)際上包括中科院東方，ITER等大型研究項(xiàng)目都是基于低溫超導(dǎo)。

畢竟低溫超導(dǎo)磁線圈磁場(chǎng)強(qiáng)度的限制會(huì)導(dǎo)致設(shè)備龐大昂貴，不容易商業(yè)化。

而高溫超導(dǎo)磁場(chǎng)技術(shù)在最近十年有了很大的進(jìn)步，其最大磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍比低溫磁線圈更寬，使得托卡馬克裝置更小更便宜。

目前，這股能源投資浪潮已經(jīng)席卷國(guó)內(nèi)外。

據(jù)美國(guó)《新聞周刊》報(bào)道，2022年，核聚變領(lǐng)域的私人投資激增，僅一年的投資就超過(guò)了之前的總投資。

國(guó)外科技巨頭也想十年商業(yè)化

不僅國(guó)內(nèi)掀起了一波可控核聚變的投資熱，這類(lèi)項(xiàng)目近兩年在國(guó)外也非?；鸨?。

一方面是國(guó)家政策不僅原本打算放棄核能的韓國(guó)和德國(guó)開(kāi)始修改放棄核能的計(jì)劃，歐美也開(kāi)始加大對(duì)核能相關(guān)項(xiàng)目的支持力度

另一方面，科技巨頭和個(gè)人投資者的進(jìn)入據(jù)Fastcompany報(bào)道，微軟的比爾蓋茨和亞馬遜的貝佐斯已經(jīng)在核聚變相關(guān)公司上花費(fèi)了近34億美元

當(dāng)然，與國(guó)內(nèi)基本以托卡馬克裝置為主的路線不同，目前國(guó)外30多家商業(yè)公司在可控核聚變方面已經(jīng)采用了磁約束和慣性約束兩條路線。

其中磁約束的代表屬于CFS，這是一家由麻省理工學(xué)院創(chuàng)辦，谷歌和比爾蓋茨投資的美國(guó)創(chuàng)業(yè)公司。

圖CFS

這家公司聲稱(chēng)將在2025年實(shí)現(xiàn)受控核聚變的商業(yè)發(fā)電，甚至比ITER建成還早一年。

該公司的計(jì)劃也是制造托卡馬克裝置目前最大的進(jìn)展是研制出一種高溫超導(dǎo)磁體，可以達(dá)到20T的磁場(chǎng)

注意，即使是ITER使用的超導(dǎo)磁體，在最高磁場(chǎng)強(qiáng)度下也只能達(dá)到5.3噸如果CFS真的實(shí)現(xiàn)了高達(dá)20T的強(qiáng)磁場(chǎng)，意味著托卡馬克的體積可以大大縮小

鋼鐵俠使用超小型受控核聚變裝置。

慣性約束的代表是總部位于英國(guó)牛津的核聚變技術(shù)First Light Fusion，其受控核聚變裝置被稱(chēng)為大友軍炮。

這個(gè)裝置長(zhǎng)約22米，重25000公斤它可以發(fā)射100克的彈丸，飛行速度接近超音速的19.11倍通過(guò)高速壓縮靶丸內(nèi)部的燃料，可以達(dá)到聚變所需的壓力和溫度

值得一提的是，這家公司畫(huà)的餅更吸引人——通過(guò)這個(gè)裝置，一次電價(jià)可以低于0.05美元。

除了商業(yè)公司之外，其他公司也順便來(lái)進(jìn)行這方面的研究。

比如今年年初，AI公司DeepMind在《自然》上發(fā)表了一項(xiàng)研究，聲稱(chēng)成功實(shí)現(xiàn)了利用AI動(dòng)態(tài)控制托卡馬克的磁場(chǎng)，從而精確控制內(nèi)部等離子體。

那么，這些科技公司開(kāi)發(fā)商用可控核聚變裝置的速度能比國(guó)際科研項(xiàng)目更快嗎。

過(guò)幾年就知道了。

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