从2021年起,全球的核聚变投资快速增长。中国可控核聚变商业化也呈现加速的态势。目前,中国在核聚变领域初步形成了两大国家项目和多家商业公司并举的格局。近日,星环聚能CEO陈锐接受《经济观察报》专访,分享了可控核聚变商业化的发展和挑战。
星环聚能是清华大学科技成果转化项目,公司首席科学家谭熠负责了中国第一台球形托卡马克SUNIST的运行、维护和升级改造,有超过20年的磁约束核聚变研究经验。2021年,星环聚能的技术路线准备完毕,成立公司便成了水到渠成的事。
陈锐指出,相比国家项目,商业公司在保证实验安全可控的前提下,更加追求性价比和速度,也更大胆地采用新兴技术,正如星环聚能追求的目标一样——快速经济地实现聚变能。公司研发建造的紧凑型、小型化的球形托卡马克聚变实验装置,可以有效地降低材料和建设成本,减少项目投资,加快研发迭代的速度。
中科创星创始合伙人米磊表示,中小型化核聚变装置的突破,降低了可控核聚变装置成本,使得商业公司有了入局的可能。最重要的是,诸多公司的突破,让大家对商业化的预期从还有几十年,拉近到大约十年。顺为资本表示,核聚变技术发展至今,已经解决了从0到1的突破,挑战已经不在基础科学范畴,而是如何快速进行装置实现和技术迭代,这本质上是一个工程问题,而商业公司在产品迭代速度和成本控制上是有机会的。
2021年9月,美国聚变商业公司CFS首次将高温超导材料制成磁体加入核聚变实验装置,磁场最高可达20特斯拉,中心磁场可达12特斯拉,而采用低温超导材料的ITER中心磁场只有5.3特斯拉。对于CFS的突破,上海交通大学长聘教授、上海翌曦科技发展有限公司创始人兼董事长金之俭表示:“这意味着小型化聚变堆将成为可能,这不仅可以大幅降低成本,更重要的是可以大大缩短研发周期。”
陈锐表示,除了高温超导材料的突破,AI、3D打印以及其他多项新技术的应用,都对提高实验效率,缩小实验装置,降低实验成本起到了帮助作用,可以说聚变技术的发展是多方面技术进步的结果。星环聚能计划在未来十年内完成公司发展规划中的重要两步。其一是预计在2027年建成下一代实验装置CTRFR-1,连续稳定的通过重复重联方案将等离子体加热至一亿摄氏度,彻底验证工程可行性;其二是再用3至5年的时间建设一个能够输出电能的商业化聚变示范堆。
聚变研发的技术复杂度和集成度非常高,且跨越了长周期,因为它尝试在地球上模拟太阳核心的极高温和高压条件,这极大挑战了物理学的极限。更艰难之处在于,研究者们无法一次性做出一个完美的实验装置,需要经过多次迭代,逐步靠近最终的技术指标。“就像一个人从没有制造过汽车,就不可能立刻制造出一辆超级跑车。”陈锐表示。
商业公司的特点之一是能够在每一次迭代中加入更新的技术,同时将性能指标提高一些,以此来减少迭代次数,大幅度地缩短研发周期。陈锐表示,商业公司能更灵活地进行创新,但所有创新都伴随的风险。如何在风险与创新之间找到平衡,这实际上是一个决策问题。“不同的团队有不同的风格,有的保守,有的激进,并没有所谓的最优解或唯一解。”
2024年6月,星环聚能实现了新的研发进展,等离子体温度达到预期,等离子体电流再创新高,一号装置CTRFR-1设计接近完成。
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