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新奥集团“玄龙-50U”球形环氢硼聚变装置实验取得重大突破,成功实现兆安级氢硼等离子体放电,验证了氢硼燃料在磁约束条件下实现高参数放电的科学可行性,为磁约束核聚变技术的发展开辟了新道路。

  界面新闻记者 | 戴晶晶

  “‘玄龙-50U’兆安电流实验成功解决了电流产生和维持过程中的关键技术难题,让等离子体电流达到1兆安,温度达到4000万度。这是全球首次实现兆安级氢硼等离子体放电,验证了氢硼燃料在磁约束条件下实现高参数放电的科学可行性,为磁约束核聚变技术的发展开辟了新的道路。

  4月20-23日,由中国核学会指导、中国核学会核聚变与等离子体物理分会主办、新奥集团承办的第四届“受控核聚变与人工智能技术学术会议”在廊坊举办,新奥能源研究院院长刘敏胜在4月21日的会议开场致辞中介绍了新奥聚变装置最新的进展。此次会议聚焦核聚变技术的最新研究成果,吸引了众多专家学者参与。

  4月16日,新奥“玄龙-50U”球形环氢硼聚变装置实验取得重大突破,实现了高温高密度百万安培(兆安)等离子体电流,这一成果标志着中国在磁约束核聚变领域取得了重要进展。

  “玄龙-50U”由新奥集团自主设计建造,是在中国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置“玄龙-50”的基础上升级而来,于2024年1月24日实现首次等离子体放电。2024年8月,“玄龙-50U”开展的500千安培等离子体大电流实验取得成功,达成装置设计的关键性能指标。

  托卡马克和球形环的一个核心机制是用等离子体电流来实现等离子体约束,电流越大,装置整体性能越好。达到兆安级电流的传统托卡马克装置已处在世界前列水平。在球形环领域,目前全球只有英国的MAST-U、美国NSTX-U和新奥的“玄龙-50U”三个球形环装置实现了这一目标。

  刘敏胜在4月21日接受界面新闻采访时表示,在2026年,新奥集团将率先在“玄龙-50U”装置上实现氢硼聚变的反应,为人类解决能源问题提供新的途径。

  新奥“玄龙-50U”球形环氢硼聚变装置,拍摄:戴晶晶

  核聚变是轻原子核结合成较重原子核并放出巨大能量的过程,被视为“终极能源”。磁约束核聚变是目前研究的热点之一,其装置包括托卡马克、仿星器等。托卡马克被誉为“人造太阳”,球形环是更接近球形的一种托卡马克,相较于传统托卡马克更紧凑。

  左图为传统托克马克,右图为球形环,图片来源:普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)

  等离子体是指在高温下,电子脱离原子核形成自由电子和离子的物质状态。新奥集团是中国最早开展商用聚变能源开发的民营企业之一,自2017年以来,已投入40亿元用于聚变研发。

  “玄龙-50U”不仅达到了兆安级别,且是高温度高参数的等离子体,验证了氢硼等离子体可以达到高参数,为后续的磁约束氢硼聚变实验奠定了很好开端。此次突破的第二个贡献是对未来的球形环和托卡马克聚变堆实验计划所面临共性难题的支持。

  此外,玄龙-50U的非感应电流启动和高效电流驱动的运行模式也为球形环和托卡马克反应堆的稳态运行提供了一种可能解决方案。新奥选择了氢硼聚变技术路线,即通过氢原子核和硼原子核的聚变反应产生能量,不产生放射性的中子,且氢硼储量丰富容易获取。

  新奥的核聚变商业化路线分为三步:第一步为2026年在“玄龙-50U”上实现氢硼聚变反应;第二步是到2030年在下一代聚变装置“和龙-2”实现全面的氢硼聚变;第三步是到2035年前实现工程可行性,将球形环氢硼聚变推进到商业化。

(文章来源:界面新闻)