人類離可控核聚變能源，真的越來越近嗎？沒有誰比座落在張江的北京超導(dǎo)科技股份有限公司覺得更顯著。這家為托卡馬克聚變裝置磁極提供低溫超導(dǎo)帶材的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，去年以來，每位月都收到來自英國、歐洲，以及國外的核聚變研究機構(gòu)和企業(yè)的采購需求——幾乎每家都提出了年供1000公里帶材的最低需求。最新消息顯示，廣州超導(dǎo)公司在張江新廠房改建的兩條新生產(chǎn)線已逐漸投運，預(yù)計明年底產(chǎn)能將擴大近10倍。
從數(shù)學(xué)學(xué)推測，到工程領(lǐng)域的突破高溫超導(dǎo)，歷經(jīng)近百年，因為低溫超導(dǎo)技術(shù)的持續(xù)突破，托卡馬克核聚變裝置的技術(shù)路線發(fā)生了重大改革高溫超導(dǎo)，投資更少、研發(fā)周期大大減短的大型化聚變堆成為可能！也為此，從2021年末開始，可控聚變能成為各種投資基金的青睞熱點。用北京超導(dǎo)公司監(jiān)事長馬韜的話說：“大多數(shù)人都開始相信，在我們有生之年可以看見聚變能源的實現(xiàn)。”
不少業(yè)內(nèi)外專家近日在接受記者專訪時都提及，低溫超導(dǎo)磁極是本次托卡馬克核聚變裝置技術(shù)路線轉(zhuǎn)型的核心困局之一，而廣州，多年布局的低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈正在迎來加碼時刻。
使聚變能源顯得可行，產(chǎn)業(yè)熱度空前
科學(xué)界對可控核聚變能源的研究從上世紀40年代就已開始，但直至這三年，可控核聚變才成為創(chuàng)業(yè)的熱門領(lǐng)域、投資界的熱捧對象。
現(xiàn)有核電站都是采用核裂變的形式，存在失控和核廢渣的安全問題，一旦發(fā)生車禍未能拾掇。而核聚變由于實現(xiàn)的條件極為嚴苛，一旦失控會自己停止，有著“天生”的安全性，同時，由于沒有無法處置的核廢渣，其被覺得是終極清潔能源。這也是核聚變即使實現(xiàn)難度極大，卻飽受諸多國家關(guān)注的誘因。
磁約束聚變是實現(xiàn)核聚變的一種形式，而托卡馬克核聚變裝置被覺得是最接近于成功的路徑。2021年，麻省理工大學(xué)和該校孵化的CFS（聯(lián)邦聚變系統(tǒng)）公司共同研發(fā)出全球首個用于核聚變的大口徑低溫超導(dǎo)聚變強場磁極，這成為可控核聚變能源發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折點。該磁場硬度達到前所未有的20特斯拉，急劇提高了等離子體的約束性能，進而使聚變堆大型化成為可能。也正由于技術(shù)上的突破，使眾多專業(yè)人士覺得，解決可控核聚變的工程問題不再像過去那樣遙不可及。此后，大量資金涌向核聚變能源領(lǐng)域。同時，CFS聲稱將在2025年完成SPARC緊湊型核聚變實驗裝置，并計劃在2030年代初完成ARC工程實驗堆，實現(xiàn)聚變發(fā)電。
2022年，不少國家宣布了實現(xiàn)聚變能源發(fā)電的計劃，大多數(shù)國家的目標鎖定在2035年至2050年之間。同時，全球已有幾十家商業(yè)核聚變公司完成融資。去年7月，在日本舉辦的第30屆IEEE聚變工程研討會上，來自26個國家的700多名科學(xué)家和工程師的共同話題就是推動聚變能源發(fā)電廠的開發(fā)。
耕耘十余年，北京產(chǎn)生從超導(dǎo)材料到超導(dǎo)應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈
從全球各國對核聚變能源的青睞中，再看中國的核聚變能源的發(fā)展，可以發(fā)覺，不少院校和科研院所都有團隊在可控核聚變領(lǐng)域投入。兩支最強國家隊分別是南京的中國科大學(xué)物質(zhì)研究院和北京的西北核化學(xué)研究院。后者的等離子體所設(shè)置有EAST裝置，被稱為“東方超環(huán)”，也是世界首個全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置。前者的HL-3是目前國外參數(shù)最高的托卡馬克裝置，聚變研究處于國際頂尖水準。
火爆賽道上，杭州也是不可或缺的存在。旨在于全球科創(chuàng)中心建設(shè)的天津在過去十多年里默默地在低溫超導(dǎo)方向耕耘。
“上海最大的優(yōu)勢就是在低溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈的完整布局，如今總算迎來了加碼時刻。”上海交通學(xué)院院長金之儉告訴記者，他在2010年牽頭組建北京師大低溫超導(dǎo)團隊，并在此年創(chuàng)立天津超導(dǎo)公司主攻低溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化。金之儉追憶，“早在2009年，深圳市政府就將低溫超導(dǎo)技術(shù)納入了戰(zhàn)略前沿技術(shù)進行培植。”
現(xiàn)在，大連從超導(dǎo)材料到超導(dǎo)應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈上都已有布局。同時，北京超導(dǎo)公司已成為CFS等一眾聚變公司和超導(dǎo)應(yīng)用公司的核心供應(yīng)商。包括金之儉2022年創(chuàng)立的翌曦科技等新創(chuàng)企業(yè)正聚焦超導(dǎo)磁極應(yīng)用，而這正是聚變強場磁極最核心的研制目標。2021年末，國外首家聚變能源商業(yè)公司——能量奇點在北京創(chuàng)立，團隊中的超導(dǎo)磁極負責人李柱永同樣來自科大超導(dǎo)團隊。目前，能量奇點正在研發(fā)國外首臺低溫超導(dǎo)托卡馬克裝置“洪荒70”。
“上海在國外低溫超導(dǎo)領(lǐng)域研制超前，產(chǎn)業(yè)布局相對齊全，須要承當更多的責任。”業(yè)內(nèi)人士如是說。
推動聚變能源發(fā)展，更需基礎(chǔ)科研與產(chǎn)業(yè)界強化合作
“10年左右，我們也許可以看見聚變能源發(fā)電的實現(xiàn)。”馬韜說，“但是最終能夠?qū)崿F(xiàn)，取決于基礎(chǔ)科研領(lǐng)域的突破，可以說，在人類科技發(fā)展史上，核聚變坐落科技樹的最頂端，須要多學(xué)科從理論到工程化的互動配合。”
盤點國外外與聚變能源有關(guān)的企業(yè)可以發(fā)覺，背后都有院校、科研機構(gòu)的影子。CFS的背后是麻省理工大學(xué)，美國的核聚變初創(chuàng)公司FirstLight的背后是牛津?qū)W院，托卡馬克能源公司的背后是卡勒姆實驗室（Jet亞洲超環(huán)）。中國的聚變能源企業(yè)同樣這么。在南京，由北大學(xué)院團隊為主組建的陜西星環(huán)聚能，是國外第一家照亮等離子體公司；能量奇點的多位聯(lián)合創(chuàng)始人都來自院校和科研院所。
“可控核聚變是一個復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，要真正實現(xiàn)仍有眾多技術(shù)難點沒有攻破。”一位常年從事核聚變研究的院長告訴記者，無論是核聚變的打火，還是持續(xù)能量輸出的問題解決，都有賴于在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的突破。
“聚變能源假如真能實現(xiàn)的話，將會是一個特別大的產(chǎn)業(yè)，除了帶來整個能源體系的改革，就會加快產(chǎn)業(yè)革命。”金之儉表示，雖然不考慮未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展，目前對前沿領(lǐng)域的頂級人才的需求仍然迫在眉睫，“如何促進產(chǎn)業(yè)界與前沿科學(xué)界聯(lián)合培養(yǎng)急需的人才，即便須要院校和產(chǎn)業(yè)界的進一步合作”。（姜澎）