《科創(chuàng)板日報(bào)》4月20日訊（記者 黃修眉）近年來，隨著高溫超導(dǎo)材料、人工智能等技術(shù)的突破，可控核聚變受到資本市場高度關(guān)注。
陜西星環(huán)聚能科技有限公司（下稱“星環(huán)聚能”）是國內(nèi)從事可控核聚變研發(fā)的頂尖團(tuán)隊(duì)之一。其基于高溫超導(dǎo)球形托卡馬克的重復(fù)重聯(lián)可控聚變技術(shù)方案，亦被認(rèn)為是最具商業(yè)化潛力的路徑之一。
星環(huán)聚能成立于2021年10月，以建成我國首個(gè)商用可控聚變堆為目標(biāo)，專注小型化、商業(yè)化、快速迭代的可控聚變能裝置。其核心團(tuán)隊(duì)成員均畢業(yè)于清華大學(xué)工程物理系，從事可控核聚變研究超二十年。
《科創(chuàng)板日報(bào)》記者近期專訪星環(huán)聚能首席科學(xué)家譚熠，以期了解該公司可控核聚變工程化驗(yàn)證新進(jìn)展及國內(nèi)可控核聚變的商業(yè)化階段。
（圖：譚熠，星環(huán)聚能創(chuàng)始人之一、首席科學(xué)家，清華大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)專業(yè)博士，清華大學(xué)工程物理系副教授）
可控核聚變進(jìn)入新階段 正驗(yàn)證工程可行性
可控核聚變工程化驗(yàn)證，是一項(xiàng)沒有任何過往經(jīng)驗(yàn)可供參考的創(chuàng)新性工作。
譚熠坦言，“從理論和邏輯來看，現(xiàn)在各家研究所或企業(yè)采用的每一種聚變能技術(shù)路線似乎都說得過去。但到底能不能把聚變能做出來，或者說能不能通過工程化驗(yàn)證，則存在‘可能走不通’的風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>
所以，開發(fā)聚變能需要建設(shè)裝置并開展大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。星環(huán)聚能和清華大學(xué)合作建設(shè)的SUNIST-2也是在清華大學(xué)工程物理系二十多年工程建設(shè)和實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，才擁有了大量技術(shù)方案累積與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。
（圖：星環(huán)聚能與清華大學(xué)合作建設(shè)的SUNIST-2）
星環(huán)聚能選擇的是重復(fù)重聯(lián)技術(shù)路線——采用磁約束方式來管住等離子體，讓其飄在真空室內(nèi)但不挨著真空室內(nèi)壁。同時(shí)，用磁重聯(lián)的方式加熱等離子體。
與其他技術(shù)路線不同的是，星環(huán)聚能的路線一改傳統(tǒng)“長時(shí)間維持高溫等離子體”的思路，而是像內(nèi)燃機(jī)一樣，利用短脈沖不斷快速“點(diǎn)燃”等離子體并往復(fù)做功。
“SUNIST-2只是初步驗(yàn)證了磁重聯(lián)方案的可行性。”譚熠表示，“星環(huán)聚能的戰(zhàn)略規(guī)劃是：2024年初步驗(yàn)證方案可行性，2024年至2027年建造新一代裝置CTRFR-1。通過CTRFR-1來徹底驗(yàn)證其工程的可行性，隨后便可以開始建設(shè)商業(yè)示范堆?！?/p>
截至目前，星環(huán)聚能正處于這樣一個(gè)階段：SUNIST-2初步可行性驗(yàn)證已經(jīng)完成，下一代裝置CTRFR-1的建設(shè)準(zhǔn)備正在開展。在此階段，該公司將快速建設(shè)一個(gè)負(fù)三角球形托卡馬克NTST。
從工程和工藝角度講，NTST的磁體制作工藝、真空室結(jié)構(gòu)、低溫冷卻形式都與CTRFR-1非常接近。通過快速建設(shè)和運(yùn)行NTST，星環(huán)聚能可以驗(yàn)證聚變裝置相關(guān)磁體、真空、低溫、電源、控制和排熱等技術(shù)，為建設(shè)CTRFR-1做準(zhǔn)備。
除了這些工程技術(shù)上的意義，該裝置還有望成為全球首個(gè)原生的負(fù)三角球形托卡馬克，探索其更多可能性。
譚熠表示，要真正實(shí)現(xiàn)可控核聚變能源安全可用，需要經(jīng)過科學(xué)可行性驗(yàn)證、工程可行性驗(yàn)證、商用示范等多種階段，直至商業(yè)示范堆成功后可以進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)與場景適配。
因此，完全工程可行性驗(yàn)證裝置——CTRFR-1的目標(biāo)十分嚴(yán)苛，需要將等離子體加熱到1億攝氏度，這一溫度是氘氚聚變發(fā)生的反應(yīng)溫度。而CTRFR-1需要在這一極度高溫基礎(chǔ)上，對等離子體進(jìn)行穩(wěn)定約束。
實(shí)現(xiàn)可控核聚變電能關(guān)鍵 降低聚變堆成本
“讓托卡馬克變得更小” “讓托卡馬克再次變得簡單”，是星環(huán)聚能降低聚變堆成本的出發(fā)點(diǎn)。
在譚熠看來，由于可控核聚變研究的前沿性與巨大前景，讓各個(gè)國家之間均傾向于建設(shè)更大尺寸的聚變裝置，頗有“大國競賽”的態(tài)勢。
“在可控核聚變‘大國競賽’中，國內(nèi)外是平行并跑。目前拼的是誰能更好、更快，以更具性價(jià)比的方式落地。”譚熠講解道，“中國在這方面是有優(yōu)勢的，我們具備完善的產(chǎn)業(yè)鏈、強(qiáng)大的工程落地能力，以及大量電子、機(jī)械、AI領(lǐng)域人才。”
不過，對星環(huán)聚能這樣的商業(yè)化團(tuán)隊(duì)來說，如何真正實(shí)現(xiàn)聚變堆的商業(yè)化，才是其根本目的。譚熠稱，實(shí)現(xiàn)低廉價(jià)格的可控核聚變發(fā)電的關(guān)鍵，在于通過技術(shù)進(jìn)步降低實(shí)驗(yàn)裝置的成本。
近年來，隨著高溫超導(dǎo)磁體和AI在等離子體控制中的應(yīng)用，為可控核聚變裝置的小型化和快速迭代提供了有力支撐，為可控核聚變的發(fā)展提供了新方向。
“星環(huán)聚能聚變堆最終的尺寸，大約為直徑六米高十米左右。這種尺寸的聚變堆可以適配更豐富的使用場景。”譚熠提到，“例如：可以配置在中大型郵輪及航天飛行器上，可以成為AI數(shù)據(jù)中心的電源機(jī)房，亦或是為一座中型規(guī)模小區(qū)/社區(qū)發(fā)電等。其最終電力成本預(yù)計(jì)能低達(dá)1毛錢/度電左右。”
“既然可控核聚變電力的燃料成本幾乎可以忽略不計(jì)，其發(fā)電成本絕大部分最終就來自于聚變堆的造價(jià)及其維護(hù)費(fèi)用。譚熠進(jìn)一步表示，“所以聚變堆的尺寸大小及其效率，才是決定可控核聚變最終商業(yè)化落地的關(guān)鍵。”
擬最早2027年底進(jìn)行商業(yè)示范堆建設(shè)
就星環(huán)聚能而言，其目前已建成的SUNIST-2造價(jià)在1億元左右，制造下一代裝置CTRFR-1的預(yù)算大約為10億元。企業(yè)自身如何提升造血能力，對外如何吸引更多投資，是星環(huán)聚能未來亟待攻克的課題。
截至目前，星環(huán)聚能已獲得兩輪融資。
2022年6月，星環(huán)聚能獲得順為資本、中科創(chuàng)星、昆侖資本、遠(yuǎn)鏡創(chuàng)投、和玉資本、九合創(chuàng)投等多家知名機(jī)構(gòu)參與的天使輪投資；2024年3月，星環(huán)聚能完成Pre-A輪融資，由上海知識產(chǎn)權(quán)基金領(lǐng)投，華成創(chuàng)投、和玉資本、中科創(chuàng)星跟投。
在可控核聚變的研究過程中，星環(huán)聚能也以驚人的速度取得了多項(xiàng)亮眼業(yè)績成果。
從最初連門都沒有的空廠房，到完成整個(gè)聚變裝置的建設(shè)并成功運(yùn)行，星環(huán)聚能只用了279天，在譚熠看來，這或許是目前全球已知的最快速度。
僅11個(gè)月后，星環(huán)聚能就成功驗(yàn)證了原創(chuàng)的重復(fù)重聯(lián)方案的可行性。
從最初點(diǎn)亮第一等離子體開始，到實(shí)現(xiàn)100kA、220kA、甚至480A等離子體電流的過程，也是星環(huán)聚能逐步具備強(qiáng)大等離子體控制的過程。團(tuán)隊(duì)通過將工程與自研的AI算法結(jié)合，進(jìn)一步提升了裝置在復(fù)雜情況下對等離子體控制的能力。
大量自主研發(fā)的儀器設(shè)備也從星環(huán)聚能的實(shí)驗(yàn)室邁向商業(yè)應(yīng)用與推廣階段。包括：脈沖功率電源、高帶寬隔離放大器、高性能模擬積分器、極端物理綜合測試儀等產(chǎn)品已面向高校、研究院所實(shí)現(xiàn)銷售，讓星環(huán)聚能具備自身“造血”能力。
（圖：星環(huán)聚能研發(fā)的衍生品高帶寬隔離放大器）
2024年，星環(huán)聚能的新廠房落成，專門用于高溫超導(dǎo)磁體的研發(fā)。
截至目前，星環(huán)聚能已在磁體的分析設(shè)計(jì)和技術(shù)制造方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和迭代，具備了高溫超導(dǎo)磁體全流程能力和成功經(jīng)驗(yàn)，并將應(yīng)用于CTRFR-1裝置的建設(shè)中。
值得一提的是，對于所有人都期待的“可控核聚變真正走進(jìn)人們生活”，曾經(jīng)有一個(gè)頗有意思的“50年定律”。即：在任何歷史節(jié)點(diǎn)，提起可控核聚變究竟何時(shí)得以實(shí)現(xiàn)，科學(xué)界的回答永遠(yuǎn)都是“未來50年”。而今，這一情況正悄然改變。
從時(shí)間規(guī)劃來看，星環(huán)聚能將于2027年底或2028年初，開始進(jìn)行商業(yè)示范堆建設(shè)，并擬于3-5年內(nèi)完成。其目標(biāo)是在2030年左右展示一個(gè)可輸出電能的聚變堆。
從星環(huán)聚能目前的階段性進(jìn)展來看，人們在十年內(nèi)看到可控核聚變的關(guān)鍵突破，已不再是天方夜譚?！捌诖嘘P(guān)可控核聚變的‘50年定律’，能被星環(huán)聚能的‘十年之約’，徹底改變?！弊T熠稱。
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