每經(jīng)記者｜楊棄非    每經(jīng)編輯｜金冥羽    

“賭城”聚變

眼下，被稱為“人造太陽”的可控核聚變，正拉開新一輪能源變革的序章。

其所代表的是一種有關(guān)未來能源的想象：一滴海水就能釋放相當(dāng)于300升汽油的能量，它不僅將大大降低用電成本，還將為包括AI在內(nèi)的高能耗產(chǎn)業(yè)提供關(guān)鍵能源支撐。

坐標(biāo)安徽合肥，10月13日，聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施CRAFT取得重要進(jìn)展——偏濾器原型部件順利通過專家組測(cè)試與驗(yàn)收。在此之前，緊湊型聚變能實(shí)驗(yàn)裝置BEST主機(jī)關(guān)鍵部件——杜瓦底座研制成功并順利完成交付。

大科學(xué)裝置的突破，無疑推動(dòng)我國進(jìn)一步鞏固了在可控核聚變領(lǐng)域引領(lǐng)全球的地位。問題是，為什么又是合肥？

與此前多次成功“風(fēng)投”類似，合肥在可控核聚變領(lǐng)域已投入逾50年。早在1974年，合肥就曾建成環(huán)形托卡馬克裝置HT—6，可謂全國初期的“人造太陽”雛形；而后，大科學(xué)裝置不斷落地，不斷推高合肥在我國可控核聚變領(lǐng)域的重要性。如今，商業(yè)化的曙光乍現(xiàn)，合肥又最早執(zhí)起牛耳。

昨天，“我國離實(shí)現(xiàn)‘人造太陽’還有多遠(yuǎn)？”的問題登上熱搜?；仡櫤戏实陌l(fā)展歷程，從一座城市的突破中，或許能找到一些答案。

科研布局

有一種說法是，合肥能夠在全球范圍內(nèi)展開競(jìng)爭(zhēng)的兩個(gè)未來產(chǎn)業(yè)，一個(gè)和中科大有關(guān)系，一個(gè)與科學(xué)島有關(guān)系，這兩個(gè)未來產(chǎn)業(yè)其一是量子技術(shù)，中科大的科研水平可以與全球最高水平平起平坐，而另一個(gè)未來產(chǎn)業(yè)就是可控核聚變。

在科學(xué)島上，有著被外界稱為合肥可控核聚變的“鐵三角”。除了BEST和CRAFT之外，還有世界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置EAST，又被稱為“東方超環(huán)”。它們構(gòu)成了合肥可控核聚變的“核心地帶”，背后又有一個(gè)共同身影：中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所。

圖片來源：央視新聞

事實(shí)上，縱觀全國可控核聚變科研格局，中科院等離子體所也是重要一極。

更貼切地說，目前，我國形成了以中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院（以下簡(jiǎn)稱為“西物院”）和中科院等離子體所兩大科研院所為主，清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等高校，及相關(guān)民營企業(yè)共同參與聚變能開發(fā)的格局。其中，兩大科研院所分別位于成都和合肥，二者又各有分工。

與合肥類似，在西物院牽頭下，成都同樣擁有一項(xiàng)大科學(xué)裝置，即“中國環(huán)流三號(hào)”。盤古智庫高級(jí)研究員余豐慧告訴我們，其與EAST、BEST各有側(cè)重，以共同解決核聚變技術(shù)中的科學(xué)和技術(shù)難題。

其中，EAST專注于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的高溫等離子體實(shí)驗(yàn)，以探索未來商用核聚變反應(yīng)堆所需的條件；

BEST是為了驗(yàn)證更加緊湊高效的聚變裝置設(shè)計(jì)，旨在降低建造成本和技術(shù)難度；

而“中國環(huán)流三號(hào)”則側(cè)重于高參數(shù)等離子體物理研究，特別是提高等離子體溫度、密度和約束時(shí)間，這三大指標(biāo)是衡量核聚變進(jìn)展的關(guān)鍵因素。

也是在今年內(nèi)，已建成多年的EAST和“中國環(huán)流三號(hào)”分別迎來突破：

1月，EAST實(shí)現(xiàn)1億攝氏度等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行1066秒，創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄。其中，千秒量級(jí)是聚變反應(yīng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，但運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，約束等離子體的難度就越高。此次實(shí)驗(yàn)超越千秒，意味著人類首次在實(shí)驗(yàn)裝置上模擬出未來聚變堆運(yùn)行所需的條件。

3月，“中國環(huán)流三號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)原子核溫度1.17億度、電子溫度1.6億度的“雙億度”運(yùn)行突破，綜合參數(shù)大幅躍升。其總設(shè)計(jì)師鐘武律曾撰文提到，要實(shí)現(xiàn)核聚變，原子核的溫度要超過1億度。達(dá)到該溫度后注入燃料，即可發(fā)生大規(guī)模聚變反應(yīng)，這次實(shí)驗(yàn)的成果意味著，具備開展燃燒實(shí)驗(yàn)的基本條件了，這個(gè)門檻已經(jīng)邁過去了。

邁向商用

合肥的突圍，不僅停留在其擅長(zhǎng)的科研階段。

鐘武律此前在采訪中表示，可控核聚變要實(shí)現(xiàn)商用，要走過大約6個(gè)階段。

第一階段是原理的探索，把原理走通；第二階段就是要開展規(guī)模實(shí)驗(yàn)，要得到大量的數(shù)據(jù)，獲得一些規(guī)律；第三階段就是要開展燃燒實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)、獲得聚變功率；第四階段是要建造實(shí)驗(yàn)堆；第五階段是示范堆；最后就是商用堆。

在他看來，全球目前正處于燃燒實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)堆過渡的階段，而對(duì)于中國來說，首先得開展燃燒實(shí)驗(yàn)、獲得聚變功率，下一步要建造聚變堆，開展相關(guān)工程技術(shù)的驗(yàn)證，來支撐在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)聚變的商用。

位于安徽合肥的聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）園區(qū) 圖片來源：新華社

正如鐘武律將實(shí)現(xiàn)核聚變比作一場(chǎng)“漫長(zhǎng)的馬拉松”，揮之不去的是一個(gè)“50年魔咒”——每次論及可控核聚變商業(yè)化，答案總是“還剩50年”。

被當(dāng)?shù)孛襟w多次提及的是，2021年，一場(chǎng)后來被稱為嚴(yán)肅意義上“中國可控核聚變商業(yè)化”轉(zhuǎn)折點(diǎn)的沙龍，在合肥中國科大1958咖啡館舉行。會(huì)議的主題之一就是，“可控核聚變?cè)趯?0年內(nèi)是否有商業(yè)化的可能？”

此后，商業(yè)化目標(biāo)很快便被納入官方規(guī)劃當(dāng)中。

2023年，安徽出臺(tái)《以創(chuàng)新模式加速推進(jìn)聚變能商業(yè)應(yīng)用戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2022—2035年）》，確立核聚變開發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)堆、工程堆和商業(yè)堆“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略。

其中，BEST將在2030年前完成發(fā)電演示驗(yàn)證，2030年將建設(shè)中國聚變工程示范堆（CFEDR）；2040年前后，以商業(yè)化公司作為實(shí)施主體，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，開展更高聚變功率的商業(yè)堆建設(shè)。

值得一提的是，CFEDR被認(rèn)為是我國參與國際競(jìng)爭(zhēng)的代表。

中科院等離子體所原所長(zhǎng)李建剛院士在今年接受采訪時(shí)指出，CFEDR已啟動(dòng)方案設(shè)計(jì)，完成從國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）到聚變?cè)碗娬局g的技術(shù)過渡和工業(yè)實(shí)踐，演示聚變能持續(xù)大功率、安全和穩(wěn)定運(yùn)行的可行性。

ITER是全球規(guī)模最大的聚變科研工程，由35個(gè)國家合作在法國南部建設(shè)，我國經(jīng)過數(shù)年艱難談判，于2008年開始全面參與該計(jì)劃。

按1985年提出倡議開始算起，該項(xiàng)目已推進(jìn)40年之久。根據(jù)2024年路線圖，計(jì)劃2036年實(shí)現(xiàn)全磁能運(yùn)行，2039年啟動(dòng)氘–氚燃料實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。

相比之下，隨著合肥對(duì)CFEDR的推進(jìn)，有可能率先完成示范堆的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)更快一步邁入商業(yè)化。

賽道突圍

越來越多國家和城市也開始搶抓商業(yè)化賽道。

據(jù)國際能源署預(yù)測(cè)，到2030年，全球核聚變市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到4965.5億美元，2024至2030年間復(fù)合年均增長(zhǎng)率為7.4%，市場(chǎng)潛力巨大。

面對(duì)即將迎來的商業(yè)化“奇點(diǎn)”，已有企業(yè)提前布局。以美國為例，早在2023年，美國氦核能源公司宣布，其核聚變發(fā)電站將從2028年開始向微軟公司供電；聯(lián)邦核聚變系統(tǒng)公司也與谷歌簽訂了類似協(xié)議，計(jì)劃在21世紀(jì)30年代前半期建成發(fā)電站。

在中國，也不乏先行者早早謀劃。

中航證券一篇研報(bào)指出，我國核聚變行業(yè)已逐步形成“國家隊(duì)”帶頭示范、民營企業(yè)協(xié)同發(fā)展的新格局，產(chǎn)業(yè)集群主要集中在合肥、成都、南昌、上海等地。

其中，合肥和成都是當(dāng)前國內(nèi)具備相對(duì)完善的核聚變產(chǎn)業(yè)集群的城市：合肥聚集了聚變新能、星能玄光等民營企業(yè)，而成都則擁有瀚海聚能、先覺聚能等民營企業(yè)。

位于安徽合肥科學(xué)島的中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 圖片來源：新華社

聚變新能被外界稱為我國首家可控核聚變領(lǐng)域的獨(dú)角獸，其身后除了皖能資本、合肥產(chǎn)投、皖能股份等合肥國資再次“出手”外，還有蔚來——當(dāng)?shù)孛襟w報(bào)道稱，其創(chuàng)始人李斌在聚變新能初期籌建上功不可沒，他希望能用市場(chǎng)化的辦法把商業(yè)聚變做起來。

另一家代表性企業(yè)是今年7月在上海掛牌成立的中國聚變能源有限公司。該公司由中核集團(tuán)牽頭，逾百家單位與資本方共同投資約114.95億元。其還在上海建造“中國環(huán)流四號(hào)”。由此，上海也將成為另一個(gè)可控核聚變發(fā)展極點(diǎn)。

相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈也在進(jìn)一步延長(zhǎng)。中國能源政策研究院院長(zhǎng)林伯強(qiáng)曾撰文分析指出，目前，上游超導(dǎo)磁體、特種鋼材、氘氚燃料等材料需求旺盛，國內(nèi)企業(yè)如西部超導(dǎo)、上海超導(dǎo)已實(shí)現(xiàn)技術(shù)自主化；對(duì)于中游磁體系統(tǒng)、真空室、偏濾器等核心設(shè)備，安泰科技、國光電氣等企業(yè)通過參與ITER項(xiàng)目正在積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)；而下游則仍處于探索階段。

更加樂觀的態(tài)度也漸成共識(shí)。上述中航證券研報(bào)提到，多數(shù)企業(yè)認(rèn)為首個(gè)給電網(wǎng)送電的聚變堆以及具備商業(yè)化價(jià)值的聚變堆，有望在2031至2035年及以后誕生。而我國上個(gè)月通過的原子能法進(jìn)一步完善監(jiān)管制度，也為商業(yè)化平穩(wěn)推進(jìn)進(jìn)一步鋪平道路。

在余豐慧看來，與更側(cè)重于基礎(chǔ)科學(xué)研究和關(guān)鍵技術(shù)突破的合肥相比，上海憑借其金融中心的地位，在科技成果的商業(yè)化轉(zhuǎn)化和國際合作方面更為突出。

對(duì)于合肥而言，問題在于如何更好發(fā)揮自身所長(zhǎng)？無論如何，如聚變新能（安徽）有限公司董事長(zhǎng)嚴(yán)建文所說，“不能起了個(gè)大早，卻趕了個(gè)晚集”。

記者|楊棄非

編輯|金冥羽?杜恒峰

校對(duì)|許紹航

封面圖片來源：新華社

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