跃过两扇 " 龙门 " ——全球首台全高温超导托卡马克装置 " 洪荒 70" 成功点亮等离子体、自研 " 经天磁体 " 刷新世界纪录之后,上海核聚变能源企业——能量奇点能源科技(上海)有限公司,近期传来新消息:公司正对 " 洪荒 70" 进行升级改造,目标是实现 10 分钟级别的等离子体稳定运行。
能量奇点首席执行官杨钊曾将研制 " 洪荒 70" 比作 " 造钢船 ",它验证了用一种全新材料制造托卡马克装置的可行性。但 " 船舶 " 想要真正为人所用,安全性和经济性必不可少—— " 洪荒 170" 就是那艘未来能在大海航行的巨轮,目前它正在做概念和工程设计。
人类首架飞机的滞空时间只有 12 秒,飞行距离 36 米,一次次迭代后,如今的飞机已能翱翔蓝天实现洲际航行。能量奇点的愿景是 2035 年建成核聚变示范电站,一次开机至少能稳定运行 168 小时。据专家展望,到本世纪中叶,核聚变发出一度电的成本有望降至 0.3 元以下,相当于目前风电价格的四分之一。
力争让 " 钢船 " 能航行 10 分钟以上
去年 6 月," 洪荒 70" 腔体被太阳般的光辉点亮,这是成功实现等离子体放电的标志。在全球已建成的百多台托卡马克装置中," 洪荒 70" 是正在运行的 4 台全超导装置中,唯一全高温超导托卡马克装置。
洪荒 70 点亮等离子体。能量奇点提供
高温超导是一条全新技术路线。如果将托卡马克比作船,过去造船采用的是木材,那么如今有人以钢船证明它依然遵循浮力定律。但是,船不仅要浮在水面,还要能长时间稳定航行。能量奇点今年对 " 洪荒 70" 进行升级改造,目标是让它成为一艘能航行 10 分钟以上的 " 钢船 "。
实现这一目标并不容易。首先,等离子体长时间稳定放电,需要有一套电流驱动系统;其次,等离子体在长时间运行过程中,会不断向外辐射功率,这就对装置材料的耐高温性和散热性有了新的要求;再次,想更好地维持长时间运行,就要实时监控等离子体状态,也就催生了对诊断和控制系统的需求。
这些全新参数需要通过 " 洪荒 70" 一一 " 试 " 出来,继而用于 " 洪荒 170" 的设计。今年 3 月,能量奇点自主研制的大孔径强场磁体 " 经天磁体 " 完成首轮通流实验,产生高达 21.7 特斯拉(磁感应强度单位)的磁场,创下世界纪录。手握 " 经天磁体 " 的实验数据,也让 " 洪荒 170" 的设计更有把握。
以极强统筹思维挑战复杂任务
2009 年,杨钊考入北京大学物理系,在读期间就对可控核聚变技术发生了兴趣。本科毕业后,进入美国斯坦福大学攻读理论物理学博士学位,之后便创立了能量奇点。
创业初期,杨钊担任公司所有领域的首席技术官,带领团队齐头并进研发相关子系统。熟悉杨钊的人有这样的评价,他非常擅长写 " 零维代码 "。
" 零维代码 " 是构建复杂系统的第一行代码,它要精准定义项目目标,又要像数学公式一样尽可能简洁。他从一开始就想清楚了该如何去完成一台全超高温托卡马克装置,由此而编的 " 零维代码 " 让公司受益至今。能量奇点两年内就完成了 " 洪荒 70" 的设计、研发和建造,这是全球超导托卡马克装置研发建造的最快纪录。
能量奇点杨钊
杨钊还具备极强的统筹思维,在他看来,再复杂的项目都可以拆分成各个子系统。比如 " 洪荒 70" 就包含磁体系统、主机系统、低温系统、真空系统等 10 个一级子系统和 30 多个二级子系统。和 " 洪荒 70" 相比," 洪荒 170" 的复杂度提升万倍不止,对于哪些系统需要自研、哪些可以交给供应商、哪些可以直接买,杨钊心如明镜,这使得公司能够发挥每位员工的优势,以极致性价比挑战有望实现商业盈利的托卡马克装置。
核聚变电站需要突破极限
" 到 2035 年,中国或将迎来可控核聚变发出的第一度电。做成这件事,似乎只能在上海。" 杨钊说。这句话的底气来源于能量奇点的发展经历,自 2022 年落户临港新片区至今,几乎每一个关键节点,背后都有相关部门的支持。
能量奇点厂房
在全高温超导托卡马克这条路上走得越远,杨钊越坚信,这是为人类带来能源自由的正确之路。这份自信,除了源自这条技术路线所蕴藏的潜力之外,还有原材料。
从本质上说,核聚变就是指氘、氚等轻原子核结合成氦等较重原子核并放出巨大能量的过程。当前科学界主流认为,核聚变电站的原料是氘 - 氚反应堆,氘在海水中大量存在,获取较为容易,而氚的属性在自然界中并不稳定。核聚变电站若以氘 - 氚为原料,则真正可以做到取之不竭。
要实现氘 - 氚反应,关键在于磁场强度上。杨钊表示,全高温超导托卡马克是目前最强 " 聚变三乘积 " 的缔造者,已达 10 的 21 次方,但要实现氘 - 氚反应,三乘积至少要达到 10 的 22 次方。他透露,能量奇点有信心突破聚变三乘积上限,如果这一目标能够实现,意味着上海提前布局的未来能源产业,距离 " 确定性 " 又进了一步。
人物小传
杨钊,能量奇点创始人兼首席执行官。国内聚变能源商业化先行者,致力于汇聚顶尖人才共同探索未来能源终极解决方案。先后获评浦东新区十大杰出青年、科技精英,临港新片区十大科创先锋,摘得 HICOOL 全球创业大赛一等奖。
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