上海高温超导产业链迎来发力时刻,可控核聚变能源发展引关注

人类离可控核聚变能源,真的越来越近吗?没有谁比坐落在张江的上海超导科技股份有限公司感觉更明显。这家为托卡马克聚变装置磁体提供高温超导带材的创业企业,今年以来,每个月都收到来自美国、欧洲,以及国内的核聚变研究机构和企业的采购需求——几乎每家都提出了年供1000公里带材的最低需求。最新消息显示,上海超导公司在张江新厂房扩建的两条新生产线已逐步投产,预计今年底产能将扩大近10倍。

从物理学猜想,到工程领域的突破,历经近百年,由于高温超导技术的持续突破,托卡马克核聚变装置的技术路线发生了重大变革,投资更少、研发周期大大缩短的小型化聚变堆成为可能!也因此,从2021年底开始,可控聚变能成为各类投资基金的追捧热点。用上海超导公司董事长马韬的话说:“大多数人都开始相信,在我们有生之年可以看到聚变能源的实现。”

不少业内外专家日前在接受记者采访时都提到,高温超导磁体是本次托卡马克核聚变装置技术路线变革的核心瓶颈之一,而上海,多年布局的高温超导产业链正在迎来发力时刻。

使聚变能源变得可行,产业热度空前

科学界对可控核聚变能源的研究从上世纪40年代就已开始,但直到这两年,可控核聚变才成为创业的热门领域、投资界的热捧对象。

现有核电站都是采用核裂变的方式,存在失控和核废料的安全问题,一旦发生事故难以收拾。而核聚变因为实现的条件极为苛刻,一旦失控会自己停止,有着“天生”的安全性,同时,因为没有难以处置的核废料,其被认为是终极清洁能源。这也是核聚变虽然实现难度极大,却备受众多国家关注的原因。

磁约束聚变是实现核聚变的一种方式,而托卡马克核聚变装置被认为是最接近于成功的路径。2021年,麻省理工学院和该校孵化的CFS(联邦聚变系统)公司共同研制出全球首个用于核聚变的大口径高温超导聚变强场磁体,这成为可控核聚变能源发展的重要转折点。该磁场强度达到前所未有的20特斯拉,大幅增强了等离子体的约束性能,从而使聚变堆小型化成为可能。也正因为技术上的突破,使诸多专业人士认为,解决可控核聚变的工程问题不再像过去那样遥不可及。随后,大量资金涌入核聚变能源领域。同时,CFS宣称将在2025年完成SPARC紧凑型核聚变实验装置,并计划在2030年代初完成ARC工程实验堆,实现聚变发电。

2022年,不少国家宣布了实现聚变能源发电的计划,大多数国家的目标锁定在2035年至2050年之间。同时,全球已有几十家商业核聚变公司完成融资。今年7月,在英国举行的第30届IEEE聚变工程研讨会上,来自26个国家的700多名科学家和工程师的共同话题就是推进聚变能源发电厂的开发。

耕耘十余年,上海形成从超导材料到超导应用的全产业链

从全球各国对核聚变能源的追捧中,再看中国的核聚变能源的发展,可以发现,不少高校和科研院所都有团队在可控核聚变领域投入。两支最强国家队分别是合肥的中国科学院物质研究院和成都的西南核物理研究院。前者的等离子体所设置有EAST装置,被称为“东方超环”,也是世界首个全超导托卡马克核聚变实验装置。后者的HL-3是目前国内参数最高的托卡马克装置,聚变研究处于国际顶级水准。

火热赛道上,上海也是不可或缺的存在。致力于全球科创中心建设的上海在过去十多年里默默地在高温超导方向耕耘。

“上海最大的优势就是在高温超导产业链的完整布局,现在终于迎来了发力时刻。”上海交通大学教授金之俭告诉记者,他在2010年牵头成立上海交大高温超导团队,并在此年创办上海超导公司主攻高温超导材料产业化。金之俭回忆,“早在2009年,上海市政府就将高温超导技术列入了战略前沿技术进行培育。”

如今,上海从超导材料到超导应用的全产业链上都已有布局。同时,上海超导公司已成为CFS等一众聚变公司和超导应用公司的核心供应商。包括金之俭2022年创办的翌曦科技等新创企业正聚焦超导磁体应用,而这正是聚变强场磁体最核心的研发目标。2021年底,国内首家聚变能源商业公司——能量奇点在上海成立,团队中的超导磁体负责人李柱永同样来自交大超导团队。目前,能量奇点正在研制国内首台高温超导托卡马克装置“洪荒70”。

“上海在国内高温超导领域研发超前,产业布局相对齐全,需要承担更多的责任。”业内人士如是说。

推进聚变能源发展,更需基础科研与产业界加强合作

“10年左右,我们也许可以看到聚变能源发电的实现。”马韬说,“但是最终能否实现,取决于基础科研领域的突破,可以说,在人类科技发展史上,核聚变位于科技树的最顶端,需要多学科从理论到工程化的互动配合。”

盘点国内外与聚变能源有关的企业可以发现,背后都有高校、科研机构的影子。CFS的背后是麻省理工学院,英国的核聚变初创公司First Light Fusion的背后是牛津大学,托卡马克能源公司的背后是卡勒姆实验室(Jet欧洲超环)。中国的聚变能源企业同样如此。在西安,由清华大学团队为主成立的西安星环聚能,是国内第一家点亮等离子体公司;能量奇点的多位联合创始人都来自高校和科研院所。

“可控核聚变是一个复杂的技术系统,要真正实现仍有诸多技术难点没有攻克。”一位长期从事核聚变研究的教授告诉记者,无论是核聚变的点火,还是持续能量输出的问题解决,都有赖于在基础研究领域的突破。

“聚变能源如果真能实现的话,将会是一个非常大的产业,不仅带来整个能源体系的变革,还会推动产业革命。”金之俭表示,即便不考虑未来产业发展,目前对前沿领域的顶尖人才的需求依然迫在眉睫,“如何推动产业界与前沿科学界联合培养急需的人才,显然需要高校和产业界的进一步合作”。




  作者:姜澎

  编辑:储舒婷

责任编辑:唐闻佳

图片来源:文汇报资料图


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