在上海臨港新片區的實驗廠房內,一束象征清潔能源未來的光芒悄然點亮——由國內聚變能源初創企業能量奇點自主研發的全球首臺全高溫超導托卡馬克裝置“洪荒70”,成功實現1337秒穩態長脈沖運行,刷新商業核聚變領域世界紀錄。這一突破不僅標志著中國在可控核聚變技術領域躋身全球前列,更讓人類距離實現“無限清潔能源”的愿景邁出關鍵一步。
核聚變被視為能源領域的“圣杯”。其原理是通過模擬太陽內部的核反應過程,將氫同位素氘在極端高溫高壓下聚變為氦,釋放出巨大能量。據測算,一升海水中的氘聚變后產生的能量相當于300升汽油,且幾乎不產生放射性廢物與碳排放。然而,要實現這一過程,需將溫度高達1億攝氏度的等離子體約束在真空環境中,避免其與容器壁接觸導致能量損耗——這正是托卡馬克裝置的核心挑戰。
“洪荒70”的突破性在于其采用新一代高溫超導材料構建磁體系統。傳統托卡馬克裝置多使用銅線圈,但銅在強電流下會發熱,導致裝置難以長時間穩定運行。而高溫超導材料在臨界溫度下電阻為零,可產生更強的磁場,從而更高效地約束等離子體。能量奇點創始人楊釗解釋:“磁場強度每提升一倍,裝置體積可縮小30倍,建造成本隨之大幅降低。”這一技術路線此前因工程可行性存疑而備受爭議,“洪荒70”的1337秒穩態運行,徹底驗證了其穩定性與可靠性。
為實現對等離子體的精準控制,團隊為裝置配備了基于人工智能的“智能大腦”。該系統可實時監測等離子體的溫度、密度與位置,并以毫秒級速度調整磁場參數,確保系統始終處于動態平衡。例如,當等離子體因擾動偏離中心時,AI系統會立即增強局部磁場,將其“拉回”預定軌道。這種閉環控制模式,使“洪荒70”在極端工況下仍能保持穩定運行。
“洪荒70”的另一大亮點是其近96%的國產化率。從磁體系統、電源設備到控制算法,核心部件均由能量奇點團隊自主設計制造。其中,真空室由上海電氣核電集團提供,超導磁體材料則來自上海超導科技股份有限公司。項目于2022年3月啟動,2024年3月建成,同年6月實現首次等離子體放電。盡管初始運行時間不足1秒,但驗證了所有子系統的可行性。隨后,團隊通過二期升級改造,逐步將脈沖時長提升至100秒、300秒,最終突破1337秒。這一過程中,團隊解決了熱負荷管理、持續動力供給等關鍵問題,例如通過增加耐熱輻射的第一壁部件,有效降低了等離子體對裝置內壁的損傷。
令人矚目的是,這支約160人的團隊中,超過98%的成員此前未涉足可控核聚變領域。他們選擇了一條完全正向研發的道路,通過研讀前沿文獻、自主搭建仿真軟件,逐步攻克技術難題。楊釗坦言:“全高溫超導聚變沒有現成經驗可循,我們需從理論推導開始,通過模擬與實驗反復驗證。”這種“從零到一”的探索模式,雖增加了研發難度,卻為團隊積累了獨特的技術優勢。例如,團隊于2024年3月研制出全球磁場強度最高的大孔徑高溫超導D形磁體“經天磁體”,磁場強度達22.4特斯拉,為下一代裝置奠定了基礎。
可控核聚變的商業化進程,需依次通過科學可行性、工程可行性與商業可行性三重考驗。托卡馬克裝置的科學可行性已在30年前得到驗證,而工程可行性的核心在于實現聚變凈能量增益(Q值大于1)。楊釗解釋:“當輸出能量是輸入能量的10倍以上時,聚變發電才具備商業價值。”高溫超導技術通過提升磁場強度,顯著縮小了裝置尺寸,從而降低了建造成本。例如,“洪荒70”的體積僅為傳統裝置的1/30,這為其商業化鋪平了道路。
目前,全球核聚變領域正加速競跑。能量奇點計劃于2028年建成下一代裝置“洪荒170”,其等離子體半徑將達170厘米,體積是“洪荒70”的兩倍以上,目標實現Q值大于2的高能量增益。與此同時,安徽合肥的緊湊型聚變能實驗裝置BEST、上海的“環流四號”以及美國的SPARC項目也在推進中。楊釗預測,未來5年內,全球極有可能誕生首臺實現凈能量增益的超導裝置,且可能不止一臺。這場能源革命的序幕,正緩緩拉開。











