第一個商用可控核聚變反應堆會建在中國，還是在陜西

一覺醒來，可控核聚變商用的新聞刷屏了，很多網友已經在想，能不能用上可控核聚變發(fā)出的電。

仔細觀察，事情似乎沒那么簡單—

新聞中提到的商業(yè)受控核聚變項目甚至還沒有安裝...

要知道，國外的ITER，國內的合肥EAST已經做了很多年，可控核聚變的商業(yè)化也只敢保守地說30年內實現。

就連還在建設中的可控核聚變反應堆，真的能成為中國第一個商業(yè)化項目嗎。

陜西的這個項目是什么。

新聞中提到的項目由陜西星環(huán)聚能科技有限公司實施，技術源于清華大學核聚變團隊。

據團隊介紹，他們提出并設計的基于球形托卡馬克的緊湊型重復重聯(lián)聚變堆有望大幅減少冗余輔助設備，顯著降低聚變堆的復雜性，提高氚增殖率。

環(huán)形聚能受控核聚變裝置示意圖

在建反應堆被稱為中國首個小型化快速迭代商用受控核聚變反應堆。

據36Kr披露，目前只有20多名員工但今年6月，這家公司獲得了一批數億元的融資，由順為資本，聯(lián)想之星等10余家機構共同完成

拿到錢，開始工作目前，公司已經完成了實驗基地的改造據星環(huán)聚能創(chuàng)始人介紹，球形托卡馬克裝置的所有安裝部件已經進場，預計今年11月前完成第一代裝置組裝

實驗室項目組成員Zhihu Yukun透露，組件的組裝于本周開始現在，小組中做實驗的大多數學生正在Xi安建造這個裝置

但是這個設備設置好之后，真的完成了嗎。

創(chuàng)始人說:

目前這個項目只是一個零機，只是為了驗證整個方案的科學可行性。

也就是說，這個反應堆是為后續(xù)的商業(yè)可行性打下堅實的理論基礎，不會產生實際的聚變效應。

至于很多網友期待的并網發(fā)電，可能要等一等了...

不過這家公司表示，如果明年進展符合預期，他們將實現將等離子體加熱到1.5 keV的目標

也就是說，如果這個可控核聚變反應堆建成后能夠商業(yè)化，那將是一個突破為什么網友還發(fā)出魯豫的聲音

首先說一下可控核聚變。

核聚變，簡單來說就是在超高溫或高壓下，兩個較輕的原子核結合形成一個較重的原子核的過程。

這個過程會以極高的效率釋放出巨大的能量，而且是低污染高效率的一旦可控，就能創(chuàng)造巨大的能量價值

但是注意，可控核聚變的難點不在于核聚變，而在于可控性為了實現可控性，需要在超高溫或高壓條件下，將物質約束在等離子體狀態(tài)目前一般采用慣性約束和磁場約束

源量子位嗶哩嗶哩視頻

目前主流的磁約束聚變裝置是托卡馬克，性能良好，研究充分球形托卡馬克用于恒星的能量聚集

再者，如果能在聚變電站，大中型船舶，海上平臺等方面實現商業(yè)化應用，看來人類從此可以獲得取之不盡的清潔能源了所以可控核聚變的研究之旅已經很長了，很多都在推進

例如，早在37年前就提出了國際熱核聚變實驗堆計劃這一跨國項目。

ITER計劃建造一個聚變實驗反應堆，首次可以實現大規(guī)模聚變反應，其裝置也是托卡馬克。

ITER集合地點

1988年，實驗反應堆的研究和設計開始，歷時13年，耗資15億美元，最終于2001年完工2006年，中國也正式加入該計劃

壞消息是，到目前為止，35個參與國已經花費了240多億美元，而ITER計劃還沒有實現好消息是，ITER的完工計劃定于2026年

此外，英國的托卡馬克裝置，歐盟環(huán)，合肥的人造太陽EAST也在試圖創(chuàng)造受控核聚變的新數據記錄。

2018年EAST實現1億度等離子體放電

其中，EAST以10 MW的加熱功率實現了2018年1億度高溫，2021年，EAST成功實現了1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒的可重復等離子體運行。

中國商業(yè)化進展如何。

確切的說，目前有三家商業(yè)受控核聚變公司。

其他兩家公司包括星環(huán)聚能的路線基本相同——都是基于磁約束原理，也就是利用托卡馬克裝置。

雖然在新聞中宣布星環(huán)簇堆將建成中國第一個商用受控核聚變反應堆，但該項目成員，來自清華大學等離子體科學與聚變實驗室的于坤指出，最早的商用反應堆應該是龍軒—50。

龍軒—50是中國第一個中型球形托卡馬克聚變實驗裝置，于2019年在河北廊坊建成，實現了首次等離子體放電。

也就是說，第一個商用受控核聚變反應堆是由新奧集團制造的，該集團擁有一家能源公司，龍軒—50是由他們制造的。

另一家公司Energy Singularity成立于2021年，和星環(huán)聚能一樣。

去年6月，能源奇點獲得近4億元天使輪投資，由米哈游和蔚來資本領投但從進度來看，這家公司的設備還在打造中，距離商業(yè)化還有20年左右的時間

具體來說，能源奇點計劃在2024年開發(fā)和建造一個基于全高溫超導磁體的緊湊型托卡馬克實驗裝置，以運行和點燃等離子體隨后，他們計劃在5~7年內建造同等的Qgt1先進高溫超導托卡馬克，并在10~15年內建成一個經濟聚變發(fā)電的商業(yè)示范堆

也就是說，這個裝置的輸入能量在7年左右小于輸出能量，然后在15年實現商用。

那么，這些公司用什么技術來加速可控核聚變的商業(yè)化進程，甚至聲稱速度比ITER項目還要快呢。

一個例子是托卡馬克裝置關鍵堆芯中超導磁體的路徑選擇。

目前國內外商業(yè)公司基本走高溫超導路線，但國際上包括中科院東方，ITER等大型研究項目都是基于低溫超導。

畢竟低溫超導磁線圈磁場強度的限制會導致設備龐大昂貴，不容易商業(yè)化。

而高溫超導磁場技術在最近十年有了很大的進步，其最大磁場強度范圍比低溫磁線圈更寬，使得托卡馬克裝置更小更便宜。

目前，這股能源投資浪潮已經席卷國內外。

據美國《新聞周刊》報道，2022年，核聚變領域的私人投資激增，僅一年的投資就超過了之前的總投資。

國外科技巨頭也想十年商業(yè)化

不僅國內掀起了一波可控核聚變的投資熱，這類項目近兩年在國外也非?；鸨?/p>

一方面是國家政策不僅原本打算放棄核能的韓國和德國開始修改放棄核能的計劃，歐美也開始加大對核能相關項目的支持力度

另一方面，科技巨頭和個人投資者的進入據Fastcompany報道，微軟的比爾蓋茨和亞馬遜的貝佐斯已經在核聚變相關公司上花費了近34億美元

當然，與國內基本以托卡馬克裝置為主的路線不同，目前國外30多家商業(yè)公司在可控核聚變方面已經采用了磁約束和慣性約束兩條路線。

其中磁約束的代表屬于CFS，這是一家由麻省理工學院創(chuàng)辦，谷歌和比爾蓋茨投資的美國創(chuàng)業(yè)公司。

圖CFS

這家公司聲稱將在2025年實現受控核聚變的商業(yè)發(fā)電，甚至比ITER建成還早一年。

該公司的計劃也是制造托卡馬克裝置目前最大的進展是研制出一種高溫超導磁體，可以達到20T的磁場

注意，即使是ITER使用的超導磁體，在最高磁場強度下也只能達到5.3噸如果CFS真的實現了高達20T的強磁場，意味著托卡馬克的體積可以大大縮小

鋼鐵俠使用超小型受控核聚變裝置。

慣性約束的代表是總部位于英國牛津的核聚變技術First Light Fusion，其受控核聚變裝置被稱為大友軍炮。

這個裝置長約22米，重25000公斤它可以發(fā)射100克的彈丸，飛行速度接近超音速的19.11倍通過高速壓縮靶丸內部的燃料，可以達到聚變所需的壓力和溫度

值得一提的是，這家公司畫的餅更吸引人——通過這個裝置，一次電價可以低于0.05美元。

除了商業(yè)公司之外，其他公司也順便來進行這方面的研究。

比如今年年初，AI公司DeepMind在《自然》上發(fā)表了一項研究，聲稱成功實現了利用AI動態(tài)控制托卡馬克的磁場，從而精確控制內部等離子體。

那么，這些科技公司開發(fā)商用可控核聚變裝置的速度能比國際科研項目更快嗎。

過幾年就知道了。

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