界面新聞記者 | 田鶴琪
“本屆會議規(guī)模比上一屆大得多。去年的時候大概只有三四十人，今年有120余人，形勢完全不一樣。”
日前，由新奧集團(下稱新奧)主辦的第三屆氫硼聚變研討會在河北廊坊落幕，會議為期四天。新奧能源研究院院長劉敏勝在首日大會上接受界面新聞等媒體采訪時，發(fā)出上述感慨。
新奧是民營清潔能源巨頭，也是中國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企業(yè)，八年來聚變研發(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。
隨著近年來科研界的多項突破實現(xiàn)，聚變科技目前處于工程可行性驗證向商業(yè)化應用落地的關(guān)鍵過渡階段，正成為吸引全球目光的前沿焦點。
其中，氫硼聚變在全球的關(guān)注度正迅速攀升。
新奧在過去八年鮮少對外公布聚變實驗進展，今年4月16日，新奧宣布“玄龍-50U”實現(xiàn)了高溫高密度百萬安培(兆安)等離子體電流，等離子體電流達到1兆安，溫度達到4000萬度。
今年5月份，新奧“玄龍- 50U”實驗裝置再獲關(guān)鍵工程技術(shù)突破——“玄龍-50U”成為全球首個實現(xiàn)秒級1.2T以上磁場條件的球形環(huán)裝置。此前國際上正在運行的中大型球形環(huán)，中心磁場尚未超過1T。
新奧在兩個月內(nèi)連創(chuàng)兩項世界紀錄，突破速度不可謂不快。這場關(guān)于 “人造太陽” 的探索，也離商業(yè)化應用越來越近。
與會專家們在上述研討會上預計，按照目前的進展，未來10-20年將成為聚變技術(shù)從實驗室走向商用化的關(guān)鍵探索期。
當前可控核聚變技術(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、反向場箍縮、場反位形(FRC)及磁鏡等。
不同于國內(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“未來能源”。其反應產(chǎn)物為氦核，無中子輻射污染，從根源上消除核安全隱患；燃料近乎“取之不盡”——氫來自水，硼在地殼中儲量極豐富；且反應產(chǎn)生的帶電α粒子可直接高效發(fā)電，無需傳統(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、密度和能量約束時間的乘積）是判斷磁約束聚變能否“點火”的核心指標。劉敏勝告訴界面新聞，在密度方面，實驗室條件下難以實現(xiàn)大幅提升，主要按常規(guī)水平推進，因此，氫硼聚變的重點突破集中在溫度與能量約束時間上。
早期外界普遍認為，氫硼聚變的最佳反應溫度為50億度，經(jīng)過新奧與北京大學、西安交通大學等機構(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，未來還有進一步降低條件并增加聚變產(chǎn)物的空間，這也相當于變相降低了技術(shù)門檻。”劉敏勝稱。
不過，新奧“玄龍- 50U”實驗裝置從當前的4000萬度，到實現(xiàn)10億度的目標，差距仍大。
“還有很長的路要走?！眲⒚魟俜Q。但他同時指出，判斷技術(shù)進展不能只看絕對數(shù)值，更要關(guān)注裝置的潛力與迭代邏輯，“比如我們設(shè)計的裝置原計劃最高達2000萬度，實際能到4000萬度，這意味著下一代裝置實現(xiàn)參數(shù)目標的把握更大?！?/p>
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，磁場強度卻顯著領(lǐng)先，溫度已達到對方的兩倍以上，“這種超出預期的表現(xiàn)，讓我們對突破挑戰(zhàn)更有信心”。
西安交通大學物理學院教授、德國物理學會等離子體物理分會原主席霍迪（Dieter Hoffmann）也認為：“氫硼聚變具有獨特優(yōu)勢。科學家們正在通過非平衡態(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。”
目前，新奧正并行推進下一代氫硼熱核聚變實驗裝置“和龍-2”的建設(shè)，預計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” 裝置上率先實現(xiàn)氫硼聚變反應；隨后，按計劃在“和龍-2”裝置全面實現(xiàn)熱核的氫硼反應?！啊妄?2’能夠?qū)崿F(xiàn)若干關(guān)鍵目標，包括識別、研究并解決STPBF（球形環(huán)氫硼聚變）發(fā)展相關(guān)的最重大科學技術(shù)難題，驗證氫硼聚變的科學可行性，為后續(xù)建造更大規(guī)模的平臺提供科技支撐。”
關(guān)于“和龍-2”裝置的溫度目標，劉敏勝介紹，最初計劃瞄準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。
能量約束時間的提升，與等離子體電流、磁場強度直接相關(guān)?！案鶕?jù)定量公式，這兩個因素對球形環(huán)裝置的約束時間影響最大，只要它們提高，約束時間就能提升?！?劉敏勝說，新奧此次突破的兩項參數(shù)已達世界最高水平，原本團隊計劃在下一代裝置上才沖擊這一目標，如今的進展遠超預期。
在技術(shù)突破之外，氫硼聚變?nèi)悦媾R多重挑戰(zhàn)。
西安交通大學物理學院副院長趙永濤告訴界面新聞，一方面，行業(yè)整體人才儲備不足，氫硼領(lǐng)域?qū)I(yè)人才尤為稀缺。此外，跨學科協(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)等多學科深度協(xié)作，當前學科力量整合仍顯薄弱。
與此同時，由于氫硼聚變商業(yè)化周期較長，相關(guān)戰(zhàn)略布局和資源投入存在長期性，需國家層面加大支持力度。
不過，趙永濤也透露，國內(nèi)有科學院所已正式將“氫硼聚變”列入先導專項計劃。“一旦國家層面布局，就能迅速匯聚人才、催生關(guān)鍵技術(shù)突破，并帶動工程化進程?！?/p>
值得關(guān)注的是，當前公私合作模式，正成為推動核聚變技術(shù)的重要機制。
2023年5月，美國能源部通過“里程碑式聚變開發(fā)計劃”向八家私營公司撥款4600萬美元(約合3.3億元人民幣)，用于聚變電廠的設(shè)計與研發(fā)。
根據(jù)核聚變行業(yè)協(xié)會(Fusion Industry Association，F(xiàn)IA)去年7月發(fā)布的年度報告《2024年全球核聚變行業(yè)》，彼時，全球至少有45家商業(yè)化聚變公司，累計融資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，私營部門的參與意味著研究性質(zhì)正在發(fā)生變化?！眹H熱核聚變實驗堆(ITER)計劃的對外發(fā)言人拉班·科布倫茨(Laban Coblentz)在接受界面新聞采訪時表示。
拉班指出，在這一進程中，中國有望發(fā)揮重要作用——中國在公共與私營領(lǐng)域均有多項布局，這些實踐將與其他成員國一道，共同影響ITER未來的發(fā)展方向。
ITER是迄今為止全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際大科學工程之一，其正在建造的實驗反應堆基于托卡馬克方案，目標是在地球上首次實現(xiàn)持續(xù)500MW、能量增益Q≥10的氘氚燃燒等離子體，驗證聚變能成為未來大規(guī)模、清潔、安全能源的科學和工程可行性。
ITER項目于1985年正式啟動，由35國合作開展，中國承擔超導磁體、真空室等關(guān)鍵部件的制造工作。
“ITER像是所有成員國的國家實驗室，如果我們把ITER與私營領(lǐng)域?qū)α⑵饋?，認為這是一場競爭，這是非常短視的?！崩嗾J為，私營企業(yè)可以承擔更高風險，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，每四年就能建一臺新裝置，所以我們非常愿意敞開大門，與私營領(lǐng)域共享知識、展開合作?！崩喾Q。
在其看來，新奧將球形環(huán)與氫硼聚變結(jié)合的技術(shù)路線，確實能規(guī)避氘氚聚變的諸多問題，但同時也需應對氫硼聚變自身特有的挑戰(zhàn)。在這種情況下，沒有任何一種技術(shù)路線能被絕對判定為最優(yōu)，推動聚變技術(shù)進步的關(guān)鍵在于全球研究者攜手合作、公開交流、取長補短，這才是推動聚變技術(shù)整體進步的最佳路徑。