人類離可控核聚變能源，真的越來越近嗎？沒有誰比座落在張江的北京超導科技股份有限公司覺得更顯著。這家為托卡馬克聚變裝置磁極提供低溫超導帶材的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，去年以來，每位月都收到來自英國、歐洲，以及國外的核聚變研究機構和企業(yè)的采購需求——幾乎每家都提出了年供1000公里帶材的最低需求。最新消息顯示，廣州超導公司在張江新廠房改建的兩條新生產線已逐漸投運，預計明年底產能將擴大近10倍。
從數學學推測，到工程領域的突破高溫超導，歷經近百年，因為低溫超導技術的持續(xù)突破，托卡馬克核聚變裝置的技術路線發(fā)生了重大改革高溫超導，投資更少、研發(fā)周期大大減短的大型化聚變堆成為可能！也為此，從2021年末開始，可控聚變能成為各種投資基金的青睞熱點。用北京超導公司監(jiān)事長馬韜的話說：“大多數人都開始相信，在我們有生之年可以看見聚變能源的實現(xiàn)。”
不少業(yè)內外專家近日在接受記者專訪時都提及，低溫超導磁極是本次托卡馬克核聚變裝置技術路線轉型的核心困局之一，而廣州，多年布局的低溫超導產業(yè)鏈正在迎來加碼時刻。
使聚變能源顯得可行，產業(yè)熱度空前
科學界對可控核聚變能源的研究從上世紀40年代就已開始，但直至這三年，可控核聚變才成為創(chuàng)業(yè)的熱門領域、投資界的熱捧對象。
現(xiàn)有核電站都是采用核裂變的形式，存在失控和核廢渣的安全問題，一旦發(fā)生車禍未能拾掇。而核聚變由于實現(xiàn)的條件極為嚴苛，一旦失控會自己停止，有著“天生”的安全性，同時，由于沒有無法處置的核廢渣，其被覺得是終極清潔能源。這也是核聚變即使實現(xiàn)難度極大，卻飽受諸多國家關注的誘因。
磁約束聚變是實現(xiàn)核聚變的一種形式，而托卡馬克核聚變裝置被覺得是最接近于成功的路徑。2021年，麻省理工大學和該校孵化的CFS（聯(lián)邦聚變系統(tǒng)）公司共同研發(fā)出全球首個用于核聚變的大口徑低溫超導聚變強場磁極，這成為可控核聚變能源發(fā)展的重要轉折點。該磁場硬度達到前所未有的20特斯拉，急劇提高了等離子體的約束性能，進而使聚變堆大型化成為可能。也正由于技術上的突破，使眾多專業(yè)人士覺得，解決可控核聚變的工程問題不再像過去那樣遙不可及。此后，大量資金涌向核聚變能源領域。同時，CFS聲稱將在2025年完成SPARC緊湊型核聚變實驗裝置，并計劃在2030年代初完成ARC工程實驗堆，實現(xiàn)聚變發(fā)電。
2022年，不少國家宣布了實現(xiàn)聚變能源發(fā)電的計劃，大多數國家的目標鎖定在2035年至2050年之間。同時，全球已有幾十家商業(yè)核聚變公司完成融資。去年7月，在日本舉辦的第30屆IEEE聚變工程研討會上，來自26個國家的700多名科學家和工程師的共同話題就是推動聚變能源發(fā)電廠的開發(fā)。
耕耘十余年，北京產生從超導材料到超導應用的全產業(yè)鏈
從全球各國對核聚變能源的青睞中，再看中國的核聚變能源的發(fā)展，可以發(fā)覺，不少院校和科研院所都有團隊在可控核聚變領域投入。兩支最強國家隊分別是南京的中國科大學物質研究院和北京的西北核化學研究院。后者的等離子體所設置有EAST裝置，被稱為“東方超環(huán)”，也是世界首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置。前者的HL-3是目前國外參數最高的托卡馬克裝置，聚變研究處于國際頂尖水準。
火爆賽道上，杭州也是不可或缺的存在。旨在于全球科創(chuàng)中心建設的天津在過去十多年里默默地在低溫超導方向耕耘。
“上海最大的優(yōu)勢就是在低溫超導產業(yè)鏈的完整布局，如今總算迎來了加碼時刻。”上海交通學院院長金之儉告訴記者，他在2010年牽頭組建北京師大低溫超導團隊，并在此年創(chuàng)立天津超導公司主攻低溫超導材料產業(yè)化。金之儉追憶，“早在2009年，深圳市政府就將低溫超導技術納入了戰(zhàn)略前沿技術進行培植。”
現(xiàn)在，大連從超導材料到超導應用的全產業(yè)鏈上都已有布局。同時，北京超導公司已成為CFS等一眾聚變公司和超導應用公司的核心供應商。包括金之儉2022年創(chuàng)立的翌曦科技等新創(chuàng)企業(yè)正聚焦超導磁極應用，而這正是聚變強場磁極最核心的研制目標。2021年末，國外首家聚變能源商業(yè)公司——能量奇點在北京創(chuàng)立，團隊中的超導磁極負責人李柱永同樣來自科大超導團隊。目前，能量奇點正在研發(fā)國外首臺低溫超導托卡馬克裝置“洪荒70”。
“上海在國外低溫超導領域研制超前，產業(yè)布局相對齊全，須要承當更多的責任。”業(yè)內人士如是說。
推動聚變能源發(fā)展，更需基礎科研與產業(yè)界強化合作
“10年左右，我們也許可以看見聚變能源發(fā)電的實現(xiàn)。”馬韜說，“但是最終能夠實現(xiàn)，取決于基礎科研領域的突破，可以說，在人類科技發(fā)展史上，核聚變坐落科技樹的最頂端，須要多學科從理論到工程化的互動配合。”
盤點國外外與聚變能源有關的企業(yè)可以發(fā)覺，背后都有院校、科研機構的影子。CFS的背后是麻省理工大學，美國的核聚變初創(chuàng)公司FirstLight的背后是牛津學院，托卡馬克能源公司的背后是卡勒姆實驗室（Jet亞洲超環(huán)）。中國的聚變能源企業(yè)同樣這么。在南京，由北大學院團隊為主組建的陜西星環(huán)聚能，是國外第一家照亮等離子體公司；能量奇點的多位聯(lián)合創(chuàng)始人都來自院校和科研院所。
“可控核聚變是一個復雜的技術系統(tǒng)，要真正實現(xiàn)仍有眾多技術難點沒有攻破。”一位常年從事核聚變研究的院長告訴記者，無論是核聚變的打火，還是持續(xù)能量輸出的問題解決，都有賴于在基礎研究領域的突破。
“聚變能源假如真能實現(xiàn)的話，將會是一個特別大的產業(yè)，除了帶來整個能源體系的改革，就會加快產業(yè)革命。”金之儉表示，雖然不考慮未來產業(yè)發(fā)展，目前對前沿領域的頂級人才的需求仍然迫在眉睫，“如何促進產業(yè)界與前沿科學界聯(lián)合培養(yǎng)急需的人才，即便須要院校和產業(yè)界的進一步合作”。（姜澎）