追求清潔能源的道路上,人類從未停止探索的腳步。B、HT-6M,以及我國第一個圓截面超導托卡馬克核聚變實驗裝置“合肥超環”(HT-7),再到世界上第一個非圓截面全超導托卡馬克核聚變實驗裝置“東方超環”(EAST)的建成,都標志著我國在核聚變領域取得了舉世矚目的成就。
去年9月,在中央企業可控核聚變領域協同創新發展研討會上,中國石油作為18家央企中唯一一家石油公司罕見出席,無疑為這一領域注入了新的活力。
近日,聚變新能(安徽)有限公司已完成工商登記變更,企業注冊資本由原先的50億元增至145億元,實現了近兩倍的增長。值得注意的是,在新增的股東名單中,出現了中國石油這一重量級且罕見的身影。
中國石油所選擇的投資對象,即聚變新能公司,在核聚變領域展現出了顯著的實力。據悉,聚變新能作為中國科學院合肥物質院等離子體物理研究所(以下簡稱“等離子體所”)在磁約束核聚變領域的成果轉化平臺,其技術底蘊與研發實力均不容低估。
核聚變,這一被譽為“終極能源”的技術,其潛力之大令人嘆為觀止。從太陽這顆巨大的恒星,到每一顆閃爍的星星,都依靠著核聚變反應釋放出巨大的能量。與核裂變相比,核聚變每公斤燃料產生的能量大約是前者的四倍,更是石油或煤炭的四百萬倍。更重要的是,核聚變反應過程中不會排放二氧化碳或其他溫室氣體,而且不會像核裂變那樣產生高放射性、長衰變期的核廢料。這是因為一旦核聚變裝置出現故障,反應就會立即停止,從而確保了其安全性。
然而,要實現可控核聚變卻是一項極具挑戰性的任務。與太陽依靠強大的引力實現自然核聚變不同,人類需要在地球上模擬出太陽的環境。這要求反應過程中溫度要達到極高的水平,使燃料變成超過1億攝氏度的等離子體;同時,燃料密度也要足夠高,以增加碰撞的概率;此外,還需要在有限的空間里將等離子體約束足夠長的時間,使它們能夠抵抗排斥力、相互碰撞,并實現凈能量輸出。這一過程中,需要應對上億度等離子體帶來的極端熱負荷、中子輻照引起的材料腫脹和變脆,以及高速等離子體流對材料的侵蝕和復雜的物理化學反應等。
盡管面臨諸多挑戰,但可控核聚變領域仍取得了顯著的進展。例如,2022年,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室首次在核聚變反應中實現了“凈能量增益”,這標志著人類向可控核聚變的目標邁出了重要一步。同樣,我國全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)也在2023年創造了403秒穩態高約束等離子體運行時長的新紀錄,這對于加快實現聚變發電具有重要意義。
隨著人工智能技術的不斷進步,AI算力猛增,為可控核聚變的研究帶來了新的機遇。例如,DeepMind最新研究利用RL算法將等離子體形狀精度提升了65%,為托卡馬克裝置中的等離子體維持提供了有力支持。此外,高溫超導體等先進材料的不斷發展也大大降低了可控核聚變實驗堆的成本和建設周期。洪荒70的全部磁體系統都采用高溫超導材料加工建造,尺寸小、成本低,具有商業化發電的潛力。
在投資方面,可控核聚變領域也掀起了一股熱潮。過去十年間,有超過60億美元的投資涌入這一領域,涉及加拿大、英國、日本、中國等各國聚變公司。近兩年資本市場融資更是屢創新高,投資主體也逐漸由政府轉向私人投資。海外方面,OpenAI首席執行官奧特曼已經對核聚變企業Helion Energy投資了3.75億美元,并擔任其董事會主席;比爾·蓋茨、杰夫·貝索斯等億萬富翁也紛紛掏腰包支持核聚變公司。在我國,能量奇點、星環聚能、聚變新能等聚變企業也獲得了數億至數十億不等的投資,背后不乏中國石油、米哈游、紅杉種子等各行各業的領軍企業。
世界各國政府也出臺了一系列聚變政策文件,以支持聚變技術在本國的發展。美國能源部發布的《聚變能源戰略2024》明確支持“聚變能源十年宏偉愿景”的實施。我國則在《關于推動未來產業創新發展的實施意見》中明確提出,要聚焦核能、核聚變、氫能、生物質能等重點領域,打造“采集-存儲-運輸-應用”全鏈條的未來能源裝備體系。
盡管可控核聚變的研究道路漫長而曲折,但人類對于這一“終極能源”的探索從未停止。正如一位科學家所言:“核聚變就像一座高山,雖然攀登艱難,但山頂的風景卻值得我們去追求。”正是這樣的信念和追求,推動著人類不斷向前邁進,向著更加清潔、安全、可持續的能源未來邁進。