星環(huán)聚能已完成第一臺(tái)聚變裝置建設(shè)并獲得第一炮等離子體

近日,SUNIST-2球形托卡馬克建成并開(kāi)展了首輪運(yùn)行,獲得第一等離子體。

SUNIST-2位于星環(huán)聚能在陜西省西安市高陵區(qū)的零號(hào)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地,是我國(guó)目前磁場(chǎng)最強(qiáng)、等離子體性能最高的球形托卡馬克(如下圖),設(shè)計(jì)參數(shù)為大半徑0.53米,小半徑0.33米,磁場(chǎng)1.0特斯拉。

圖1 SUNIST-2聚變實(shí)驗(yàn)裝置

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),于近日成功運(yùn)行,并獲得100千安培等離子體電流,順利達(dá)到初期目標(biāo)。典型放電波形(左)和等離子體圖像(右)如下圖。之后星環(huán)聚能將基于SUNIST-2從原理上驗(yàn)證磁重聯(lián)加熱技術(shù)和多沖程運(yùn)行方式,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。

圖2典型放電波形(左)和等離子體圖像(右)

以全人類數(shù)十年磁約束核聚變研究為基礎(chǔ),在高性能磁約束位形、高臨界電流密度和臨界磁場(chǎng)的高溫超導(dǎo)材料、高熱流偏濾器和人工智能等技術(shù)的推動(dòng)下,各種聚變紀(jì)錄不斷打破。各國(guó)也從政策和立法等方面為聚變能的到來(lái)作了準(zhǔn)備。英國(guó)、美國(guó)的核能監(jiān)管機(jī)構(gòu)均計(jì)劃以遠(yuǎn)比現(xiàn)有核電站寬松的法規(guī)監(jiān)管聚變電站,為聚變能的商業(yè)開(kāi)發(fā)注入了定心丸。無(wú)限、安全、零碳的可控聚變能正在以前所未有的速度走近人類,一個(gè)嶄新的數(shù)十萬(wàn)億元級(jí)產(chǎn)業(yè)即將落地。

受益于以上進(jìn)展,國(guó)內(nèi)外眾多企業(yè)采用各種新穎的路線投身聚變能開(kāi)發(fā),希望推動(dòng)聚變能更快地商用。

比如,英國(guó)Tokamak Energy和我國(guó)新奧科技采用強(qiáng)磁場(chǎng)球形托卡馬克分別用于氘氚聚變和氫硼聚變;美國(guó)Commonwealth Fusion Systems和我國(guó)能量奇點(diǎn)則采用磁場(chǎng)提高到極限但體積顯著縮小的托卡馬克;美國(guó)Helion Energy使用兩個(gè)等離子體環(huán)重復(fù)高速對(duì)撞來(lái)產(chǎn)生聚變能,并宣布將于2028年對(duì)外供電。

星環(huán)聚能的聚變能開(kāi)發(fā)路線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。這條獨(dú)特的技術(shù)路線以大量實(shí)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證的球形托卡馬克為基礎(chǔ),但省略了大功率射頻波和中性束注入等復(fù)雜而昂貴的系統(tǒng),避開(kāi)了電流驅(qū)動(dòng)的難題,同時(shí)還提高了氚增殖率。這些設(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)。

圖3原理演示視頻截圖

星環(huán)聚能采用的聚變能開(kāi)發(fā)路線得到了業(yè)界的認(rèn)可,也獲得了國(guó)內(nèi)多家知名頭部投資機(jī)構(gòu)的支持。

2022年中完成天使輪融資后,星環(huán)聚能迅速擴(kuò)充團(tuán)隊(duì)、建設(shè)場(chǎng)地,和清華大學(xué)工程物理系、中科院等離子體物理研究所一起快速、精準(zhǔn)地完成了SUNIST-2主機(jī)的裝配,并形成了超高真空密封、大電流接頭超低電阻檢測(cè)、位置和振動(dòng)測(cè)量和分析等一系列新方法或?qū)＠?/p>

同時(shí),公司自主設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了環(huán)向、極向和歐姆磁體線圈配套的模塊式秒級(jí)脈沖功率電源。這些電源使用大電流IGBT和超級(jí)電容,單向輸出電流可達(dá)110千安,雙向輸出電流可達(dá)±22千安,響應(yīng)速度可達(dá)0.1毫秒,多項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。SUNIST-2的主機(jī)、配套電源以及真空等設(shè)備都由自主開(kāi)發(fā)的基于微服務(wù)和網(wǎng)頁(yè)的控制系統(tǒng)集中監(jiān)測(cè)和控制。此外,還建設(shè)了磁、干涉、輻射等基礎(chǔ)等離子體診斷,開(kāi)發(fā)了基本的等離子體放電集成模擬代碼用于預(yù)測(cè)和指導(dǎo)運(yùn)行。

圖4部分磁體電源

裝置建設(shè)過(guò)程中,星環(huán)聚能完善了由聚變科學(xué)、工程技術(shù)、基礎(chǔ)工藝、支持等部門組成的復(fù)合型團(tuán)隊(duì),逐漸形成了“敢于嘗試,共同承擔(dān)”的企業(yè)文化。團(tuán)隊(duì)成員大膽創(chuàng)新,遇到挫折或困難,大家“不甩鍋也不背鍋”,一起在現(xiàn)場(chǎng)分析原因、出謀劃策。各類問(wèn)題均在此良好的氛圍中快速得以解決。

圖5現(xiàn)場(chǎng)工作照

隨著聚變實(shí)驗(yàn)裝置的建設(shè),星環(huán)聚能以西安為中心的上下游供應(yīng)商體系也初步形成,涉及機(jī)械、儀器儀表、電力電子、信息技術(shù)等多個(gè)行業(yè),促進(jìn)了當(dāng)?shù)鼐圩兿嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

聚變實(shí)驗(yàn)裝置的成功運(yùn)行只是朝著公司目標(biāo)——“快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)聚變能”——前進(jìn)道路上的一小步。星環(huán)聚能將繼續(xù)秉持“行勝于言,開(kāi)拓創(chuàng)新”的理念,堅(jiān)持全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的發(fā)展思路,砥礪前行,不斷突破工程極限,開(kāi)發(fā)終極能源。

來(lái)源：中國(guó)網(wǎng)