中国的“人造太阳”正从激发状态向持续运转阶段迈进。今年8月在上海举办的核聚变能大会暨核聚变活动周上,中国聚变能源有限公司展示了下一代托卡马克装置中国环流四号的规划图纸和概念设计。
环流系列名称源自等离子体在环形磁场中形成的环流运动。托卡马克装置依靠这种环形磁场将超高温等离子体固定在装置内部。从上世纪80年代开始,位于成都的核工业西南物理研究院就一直是这个系列的主要推动力量,从环流一号到环流四号,每一步都体现了团队的坚持。
环流三号的核心物理状态已经非常接近真实燃烧反应堆的水平,但它采用的是普通铜线圈材料。铜磁体会迅速升温,导致装置无法实现长时间稳定运行。环流四号的关键突破就在于此,它的主要目标是实现稳态燃烧运行,也就是让装置在连续工作过程中保持温度不过高。
环流四号的建设地点位于上海,由中国聚变能源有限公司负责牵头推进。2025年7月这家公司正式在上海挂牌成立,注册资本达到150亿元。中核集团作为最大股东,其他机构也参与了资金投入,并将聚变能源的商业化目标设定在2050年。
工程师们强调了全高温超导磁体的优势。它能够产生25特斯拉的强大磁场。这种磁场不仅能有效固定等离子体,还能大幅缩小整个反应堆的体积。磁场越强大,就如同给“笼子”装上更坚固的锁,装置的整体大小和建造成本都能相应减少,技术进步的速度也会加快。
另一个优势在于智能运行技术的应用。借助人工智能,团队可以更好地管理装置的各项性能,目标是实现聚变堆的全域智能控制。凭借如此强大的磁场,科学家们还能探索此前无法触及的等离子体行为模式。
中国聚变总工程师钟武律指出,聚变研究正在加速向燃烧阶段推进。跨越的关键科学门槛在于,让聚变产生的阿尔法粒子能够长期维持等离子体在上亿度的温度,实现自维持和稳定可控的状态。
从激发到自烧下去,聚变进程中必须克服这一重大障碍。建造这种强磁体系统,工程难度不小。团队目前正在现场开展前期工艺开发,以确保建设进度不受影响。
磁体如同人造太阳的心脏部分,一旦出现问题,整个装置的运行就无法保障。这种比喻形象地说明了磁体的重要性。
在8月的大会上,中国聚变能源有限公司牵头联合多家超导企业和上海交通大学等机构,成立了长三角创新联合体。目标是2028年前建成首条25特斯拉高温超导强场磁体的研制与测试线,2030年前完成原型磁体的研发工作。
据报道,明年6月,研发团队将迁入上海一座长约500米的新工厂,开始全尺寸磁体的制造与测试。这样的举措为项目的顺利推进提供了有力支持。
科学家们将环流四号视为必要的基础设施,而不是最终产品。它更像一台按比例缩小的工程验证装置,先证明高温超导磁体在复杂聚变条件下的可靠性。
项目方制定的路线是,环流四号验证核心科学和工程问题之后,再建设示范堆展示商业可行性,随后进入商用堆阶段。这种“先验证,再示范,最后商用”的顺序,为整个进程提供了清晰的框架。
环流四号的价值并不在于它今天能点亮多少灯,而是它能否回答一系列关键问题:磁体能否可靠工作,等离子体能否稳定自持,装置能否长时间运行。
聚变能源的探索注定是一场漫长征程,需要以年、甚至以十年为单位去跨越。这一次,中国把聚变能相关赛道摆到了显著位置。
中国聚变能源有限公司的成立和环流四号的推进,体现了国家在能源领域的长远布局。磁体技术的突破不仅能缩小装置体积,还可能降低整体成本,让聚变能源更接近实用阶段。长三角创新联合体的建立,也为不同企业和科研力量的合作提供了平台。
工厂的搬迁和磁体的全尺寸测试,将为后续的建设工作打下坚实基础。环流四号的验证过程虽然需要时间,但每一步进展都为商业化奠定了基础。
中国的这一系列举措,让聚变能的未来变得更加可期。磁体可靠运行与等离子体稳定状态的实现,将直接影响整个领域的速度与方向。
在这样的背景下,环流四号展现出作为垫脚石的实际作用。它通过验证一系列问题,为最终的示范堆和商用堆积累经验。中国把聚变能摆上台面,不仅是技术层面的突破,更是国家能源战略的重要体现。
整个过程体现了团队的耐心与专注。磁体的开发、工厂的建设、联合体的成立,每一个环节都连接在一起,共同指向聚变燃烧的目标。这样的持续努力,让人感受到科技进步的坚定步伐。
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