界面新聞?dòng)浾?| 田鶴琪

“本屆會(huì)議規(guī)模比上一屆大得多。去年的時(shí)候大概只有三四十人，今年有120余人，形勢(shì)完全不一樣。”

日前，由新奧集團(tuán)(下稱新奧)主辦的第三屆氫硼聚變研討會(huì)在河北廊坊落幕，會(huì)議為期四天。新奧能源研究院院長(zhǎng)劉敏勝在首日大會(huì)上接受界面新聞等媒體采訪時(shí)，發(fā)出上述感慨。

新奧是民營(yíng)清潔能源巨頭，也是中國(guó)最早開展商用聚變能源開發(fā)且截至目前唯一選擇球形環(huán)氫硼聚變路線的民營(yíng)企業(yè)，八年來(lái)聚變研發(fā)投入數(shù)十億元，是全球八家研發(fā)投資超2億美元(約合14.36億元人民幣)的聚變企業(yè)之一。

隨著近年來(lái)科研界的多項(xiàng)突破實(shí)現(xiàn)，聚變科技目前處于工程可行性驗(yàn)證向商業(yè)化應(yīng)用落地的關(guān)鍵過(guò)渡階段，正成為吸引全球目光的前沿焦點(diǎn)。

其中，氫硼聚變?cè)谌虻年P(guān)注度正迅速攀升。

新奧在過(guò)去八年鮮少對(duì)外公布聚變實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，今年4月16日，新奧宣布“玄龍-50U”實(shí)現(xiàn)了高溫高密度百萬(wàn)安培(兆安)等離子體電流，等離子體電流達(dá)到1兆安，溫度達(dá)到4000萬(wàn)度。

今年5月份，新奧“玄龍- 50U”實(shí)驗(yàn)裝置再獲關(guān)鍵工程技術(shù)突破——“玄龍-50U”成為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)秒級(jí)1.2T以上磁場(chǎng)條件的球形環(huán)裝置。此前國(guó)際上正在運(yùn)行的中大型球形環(huán)，中心磁場(chǎng)尚未超過(guò)1T。

新奧在兩個(gè)月內(nèi)連創(chuàng)兩項(xiàng)世界紀(jì)錄，突破速度不可謂不快。這場(chǎng)關(guān)于 “人造太陽(yáng)” 的探索，也離商業(yè)化應(yīng)用越來(lái)越近。

與會(huì)專家們?cè)谏鲜鲅杏憰?huì)上預(yù)計(jì)，按照目前的進(jìn)展，未來(lái)10-20年將成為聚變技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向商用化的關(guān)鍵探索期。

當(dāng)前可控核聚變技術(shù)路線根據(jù)裝置的不同主要有三種：重力場(chǎng)約束、慣性約束和磁約束。其中，磁約束核聚變研究裝置包括托卡馬克、仿星器、反向場(chǎng)箍縮、場(chǎng)反位形(FRC)及磁鏡等。

不同于國(guó)內(nèi)其他商業(yè)核聚變公司將氘氚作為聚變?nèi)剂?，新奧選擇了球形環(huán)＋氫硼聚變技術(shù)路線，建造球形環(huán)裝置。球形環(huán)是更接近球形的一種托卡馬克，相較于傳統(tǒng)托卡馬克(形狀接近輪胎)更緊湊。

相比其他燃料，氫硼聚變被視作更理想的“未來(lái)能源”。其反應(yīng)產(chǎn)物為氦核，無(wú)中子輻射污染，從根源上消除核安全隱患；燃料近乎“取之不盡”——?dú)鋪?lái)自水，硼在地殼中儲(chǔ)量極豐富；且反應(yīng)產(chǎn)生的帶電α粒子可直接高效發(fā)電，無(wú)需傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)，理論效率更高。但相較于氘氚聚變，氫硼聚變實(shí)現(xiàn)難度更大。

聚變?nèi)朔e（等離子體的溫度、密度和能量約束時(shí)間的乘積）是判斷磁約束聚變能否“點(diǎn)火”的核心指標(biāo)。劉敏勝告訴界面新聞，在密度方面，實(shí)驗(yàn)室條件下難以實(shí)現(xiàn)大幅提升，主要按常規(guī)水平推進(jìn)，因此，氫硼聚變的重點(diǎn)突破集中在溫度與能量約束時(shí)間上。

早期外界普遍認(rèn)為，氫硼聚變的最佳反應(yīng)溫度為50億度，經(jīng)過(guò)新奧與北京大學(xué)、西安交通大學(xué)等機(jī)構(gòu)的聯(lián)合研究，已將這一溫度降至10億-20億度。

“結(jié)合氫硼在核物理層面的特性，未來(lái)還有進(jìn)一步降低條件并增加聚變產(chǎn)物的空間，這也相當(dāng)于變相降低了技術(shù)門檻?！眲⒚魟俜Q。

不過(guò)，新奧“玄龍- 50U”實(shí)驗(yàn)裝置從當(dāng)前的4000萬(wàn)度，到實(shí)現(xiàn)10億度的目標(biāo)，差距仍大。

“還有很長(zhǎng)的路要走?！眲⒚魟俜Q。但他同時(shí)指出，判斷技術(shù)進(jìn)展不能只看絕對(duì)數(shù)值，更要關(guān)注裝置的潛力與迭代邏輯，“比如我們?cè)O(shè)計(jì)的裝置原計(jì)劃最高達(dá)2000萬(wàn)度，實(shí)際能到4000萬(wàn)度，這意味著下一代裝置實(shí)現(xiàn)參數(shù)目標(biāo)的把握更大。”

他舉例，新奧現(xiàn)有的“玄龍-50U”裝置雖比英美同類球形環(huán)裝置小，磁場(chǎng)強(qiáng)度卻顯著領(lǐng)先，溫度已達(dá)到對(duì)方的兩倍以上，“這種超出預(yù)期的表現(xiàn)，讓我們對(duì)突破挑戰(zhàn)更有信心”。

西安交通大學(xué)物理學(xué)院教授、德國(guó)物理學(xué)會(huì)等離子體物理分會(huì)原主席霍迪（Dieter Hoffmann）也認(rèn)為：“氫硼聚變具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?？茖W(xué)家們正在通過(guò)非平衡態(tài)等離子體等創(chuàng)新方法突破高溫技術(shù)這一瓶頸，非常值得探索?！?/span>

目前，新奧正并行推進(jìn)下一代氫硼熱核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“和龍-2”的建設(shè)，預(yù)計(jì)2027年建成，為2035年發(fā)電示范堆落地奠定基礎(chǔ)。

據(jù)劉敏勝介紹，新奧將在明年6-7月前先在“玄龍-50U” 裝置上率先實(shí)現(xiàn)氫硼聚變反應(yīng)；隨后，按計(jì)劃在“和龍-2”裝置全面實(shí)現(xiàn)熱核的氫硼反應(yīng)?！啊妄?2’能夠?qū)崿F(xiàn)若干關(guān)鍵目標(biāo)，包括識(shí)別、研究并解決STPBF（球形環(huán)氫硼聚變）發(fā)展相關(guān)的最重大科學(xué)技術(shù)難題，驗(yàn)證氫硼聚變的科學(xué)可行性，為后續(xù)建造更大規(guī)模的平臺(tái)提供科技支撐?！?/p>

關(guān)于“和龍-2”裝置的溫度目標(biāo)，劉敏勝介紹，最初計(jì)劃瞄準(zhǔn)3億度，隨著裝置迭代，目前有可能向5億度甚至10億度沖刺。

能量約束時(shí)間的提升，與等離子體電流、磁場(chǎng)強(qiáng)度直接相關(guān)。“根據(jù)定量公式，這兩個(gè)因素對(duì)球形環(huán)裝置的約束時(shí)間影響最大，只要它們提高，約束時(shí)間就能提升?！?劉敏勝說(shuō)，新奧此次突破的兩項(xiàng)參數(shù)已達(dá)世界最高水平，原本團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在下一代裝置上才沖擊這一目標(biāo)，如今的進(jìn)展遠(yuǎn)超預(yù)期。

在技術(shù)突破之外，氫硼聚變?nèi)悦媾R多重挑戰(zhàn)。

西安交通大學(xué)物理學(xué)院副院長(zhǎng)趙永濤告訴界面新聞，一方面，行業(yè)整體人才儲(chǔ)備不足，氫硼領(lǐng)域?qū)I(yè)人才尤為稀缺。此外，跨學(xué)科協(xié)同不足，聚變研發(fā)需材料、能源轉(zhuǎn)化、等離子體物理、診斷技術(shù)、工程技術(shù)等多學(xué)科深度協(xié)作，當(dāng)前學(xué)科力量整合仍顯薄弱。

與此同時(shí)，由于氫硼聚變商業(yè)化周期較長(zhǎng)，相關(guān)戰(zhàn)略布局和資源投入存在長(zhǎng)期性，需國(guó)家層面加大支持力度。

不過(guò)，趙永濤也透露，國(guó)內(nèi)有科學(xué)院所已正式將“氫硼聚變”列入先導(dǎo)專項(xiàng)計(jì)劃。“一旦國(guó)家層面布局，就能迅速匯聚人才、催生關(guān)鍵技術(shù)突破，并帶動(dòng)工程化進(jìn)程?！?/p>

值得關(guān)注的是，當(dāng)前公私合作模式，正成為推動(dòng)核聚變技術(shù)的重要機(jī)制。

2023年5月，美國(guó)能源部通過(guò)“里程碑式聚變開發(fā)計(jì)劃”向八家私營(yíng)公司撥款4600萬(wàn)美元(約合3.3億元人民幣)，用于聚變電廠的設(shè)計(jì)與研發(fā)。

根據(jù)核聚變行業(yè)協(xié)會(huì)(Fusion Industry Association，F(xiàn)IA)去年7月發(fā)布的年度報(bào)告《2024年全球核聚變行業(yè)》，彼時(shí)，全球至少有45家商業(yè)化聚變公司，累計(jì)融資71億美元(約合509.72億元人民幣)，其中4.26億美元(約合30.58億元人民幣)來(lái)自政府等公共資金。

“全球聚變研究和開發(fā)的格局正在發(fā)生很大變化，私營(yíng)部門的參與意味著研究性質(zhì)正在發(fā)生變化。”國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃的對(duì)外發(fā)言人拉班·科布倫茨(Laban Coblentz)在接受界面新聞采訪時(shí)表示。

拉班指出，在這一進(jìn)程中，中國(guó)有望發(fā)揮重要作用——中國(guó)在公共與私營(yíng)領(lǐng)域均有多項(xiàng)布局，這些實(shí)踐將與其他成員國(guó)一道，共同影響ITER未來(lái)的發(fā)展方向。

ITER是迄今為止全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際大科學(xué)工程之一，其正在建造的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆基于托卡馬克方案，目標(biāo)是在地球上首次實(shí)現(xiàn)持續(xù)500MW、能量增益Q≥10的氘氚燃燒等離子體，驗(yàn)證聚變能成為未來(lái)大規(guī)模、清潔、安全能源的科學(xué)和工程可行性。

ITER項(xiàng)目于1985年正式啟動(dòng)，由35國(guó)合作開展，中國(guó)承擔(dān)超導(dǎo)磁體、真空室等關(guān)鍵部件的制造工作。

“ITER像是所有成員國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，如果我們把ITER與私營(yíng)領(lǐng)域?qū)α⑵饋?lái)，認(rèn)為這是一場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，這是非常短視的。”拉班認(rèn)為，私營(yíng)企業(yè)可以承擔(dān)更高風(fēng)險(xiǎn)，建造更小、更靈活的裝置。

“我們建造ITER已經(jīng)花了25年，而像新奧這樣的公司，每四年就能建一臺(tái)新裝置，所以我們非常愿意敞開大門，與私營(yíng)領(lǐng)域共享知識(shí)、展開合作?！崩喾Q。

在其看來(lái)，新奧將球形環(huán)與氫硼聚變結(jié)合的技術(shù)路線，確實(shí)能規(guī)避氘氚聚變的諸多問(wèn)題，但同時(shí)也需應(yīng)對(duì)氫硼聚變自身特有的挑戰(zhàn)。在這種情況下，沒(méi)有任何一種技術(shù)路線能被絕對(duì)判定為最優(yōu)，推動(dòng)聚變技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵在于全球研究者攜手合作、公開交流、取長(zhǎng)補(bǔ)短，這才是推動(dòng)聚變技術(shù)整體進(jìn)步的最佳路徑。