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打破「永遠50年」困局,聚變從「未來能源」願景走向中國方案

2025-07-18 13:37

技術的發展並非線性,而是在關鍵積累與跨界融合中迎來躍遷。當突破接近臨界點,各產業的協同將推動技術實現指數級飛躍。聚變能源正處於這樣的關鍵時刻。站在全球能源轉型的高度,各國科研力量與企業主體正加速匯聚,推動這一顛覆性能源形態走向現實。

2025年7月14日至17日,由新奧集團主辦的第三屆氫硼聚變研討會在河北廊坊舉行。以「聚智氫硼,生態共贏」為主題,研討會吸引了來自中、法、德、美等11個國家和地區近50家頂尖科研機構的專家,以及國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃特派代表,共同探討氫硼聚變的前沿突破與技術路徑。這一國際性盛會彰顯了全球在聚變發展上的共識與投入。

第三屆氫硼聚變研討會現場

第三屆氫硼聚變研討會現場

相較於前兩屆,本屆研討會影響力顯著提升:線上線下參會人數、國際參與度和媒體關注度均創下新高。跨領域的深度協同正在催生突破,為聚變技術的加速推進注入信心與動力。

在聚變研發的前沿賽道上,企業力量正成為重要引擎。近年來,新奧在氫硼聚變領域持續發力,已取得多項關鍵性進展。其中,「玄龍-50U」 實驗裝置實現百萬安培氫硼等離子體放電,並創造了秒級1.2特斯拉以上球形環中心磁場的世界紀錄,為下一階段的能量自持、長時間放電等技術攻關奠定了堅實基礎。

「未來能源要從數量級上實現躍遷。」在7月14日接受採訪時,新奧能源研究院院長劉敏勝表示,要應對氣候變化、自然災害等全球性挑戰,聚變不僅是一項科學命題,更是關乎人類命運共同體的能源基座,是決定未來可持續發展的關鍵支點。

在他看來,氫硼聚變是一項全球性挑戰,唯有集聚各方智慧與資源,才能在複雜未知中加速突圍。新奧自啟動項目之初便確立「完全開放」的技術戰略,積極聯合國內外科研機構構建協同機制。在這一全球接力賽中,凝聚多元力量,才能加速向從原理驗證走向工程應用的關鍵拐點邁進。

以新奧為代表的商業公司,正憑藉高效的組織體系與跨界整合能力,加速推動聚變從實驗室邁向工程化與商業化。曾被貼上「永遠50年」標籤的聚變研發,也正進入一個10至20年的現實窗口期。

從「未來能源」願景走向中國方案

核聚變是指兩個輕原子核結合爲重核並釋放巨大能量的反應形式,意味着人類可以獲取幾乎無限、清潔、安全的能源,被視為人類能源的終極解決方案。目前聚變實現途徑主要包括磁約束、慣性約束和磁慣性約束,常見燃料路線則涵蓋氘氚、氘氘和氫硼聚變等。

全球核聚變研究正迎來前所未有的熱度。從以託卡馬克裝置和氘氚燃料為主的技術路線,到氫硼、氘氦3等燃料新路徑的多元探索,一場關於未來能源形態的技術競合已全面展開。

當前,託卡馬克氘氚聚變依然是國際主流,長期被認為是商業化最有可能的路線。然而,由於工程體量龐大、技術路徑複雜,以此路線為代表的國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃預計最快也要到2050年前后才能實現穩態聚變燃燒反應運行。這一進度,顯然難以契合全球在氣候變化上的緊迫目標。

同時,大量風投與私人資本正加速湧入新興聚變路徑的研發。相較於傳統氘氚路線,氫硼聚變因不產生高能中子、無放射性副產物、無需氚與鋰-6等被管控元素,被視為更安全、零污染的「終極聚變」路線。同時,燃料豐富易得、成本低廉、產物能高效直接發電等屬性更適合規模化商用。

雖然氫硼路徑的技術挑戰大,但社會接受度更高,且具備更快進入實驗階段的可能性。西安交通大學物理學院教授、德國物理學會等離子體物理分會原主席霍迪(Dieter Hoffmann)認為:「氫硼聚變具有獨特優勢。科學家們正在通過非平衡態等離子體等創新方法突破高温技術這一瓶頸,非常值得探索。」

新奧聚變實驗裝置玄龍-50U

新奧聚變實驗裝置玄龍-50U

作為國內氫硼聚變的主要推動力量之一,新奧正聯合國內外多方力量,加快球形環氫硼聚變堆的研發進程。據悉,新奧目標在2035年進入聚變堆階段。相較於氘氚反應聚變堆,緊湊型的氫硼聚變反應堆的成本更低、周期更短,完全具備以「小投入」撬動「大能源」的戰略潛力。

「這不僅是一個技術課題,更是一個全球協作議題。」新奧能源研究院聚變首席科學家彭元凱強調,氫硼聚變的成功不僅有望重塑中國的能源版圖,也可能為全球提供一條更安全、可持續的清潔能源解決方案。

以開放協同推動氫硼技術躍遷

然而,要想盡快實現聚變發電,材料、燃料、能量轉化等關鍵問題必須提前部署、同步推進。霍迪(Dieter Hoffmann)對記者稱:「聚變研究需要集全球智慧,中國在某些領域已實現並跑甚至領跑。在人類共同的能源短缺挑戰面前,需要秉承開放合作之道。」

新奧集團自2017年起佈局緊湊型聚變技術,2018年啟動我國首箇中等規模球形環實驗裝置「玄龍-50」的設計與建造,奠定了氫硼聚變研究的技術基礎。2022年,公司明確了以球形環為核心的氫硼聚變技術路線。

新奧聚變實驗裝置「玄龍-50U」實現兆安級等離子體電流

新奧聚變實驗裝置「玄龍-50U」實現兆安級等離子體電流

其商業化路徑分三步推進:第一階段,計劃2026年在「玄龍-50U」上實現氫硼聚變反應;第二階段,到2030年在新一代裝置「和龍-2」上實現全面氫硼聚變;第三階段,力爭2035年前完成工程驗證,推動聚變走向商業化。

2025年,「玄龍-50U」陸續取得重大實驗突破:成功實現百萬安培氫硼等離子體放電,並將等離子温度維持在4000萬攝氏度以上。裝置環向場線圈在150千安電流下穩定運行,產生1.2特斯拉磁場,全面驗證磁體系統的滿負荷能力,各項性能達標。

「這一里程碑式成果打破了傳統物理學界對高濃度硼等離子體的固有認知,驗證了氫硼放電實現高參數、高性能的可行性。」新奧聚變實驗首席科學家石躍江博士表示,該成果不僅為氫硼聚變研究提供重要驗證,也有望為ITER等國際聚變項目提供關鍵技術支持。

面對被譽為「未來能源」的氫硼聚變,新奧團隊所面臨的不僅是技術難題,更是對科研組織、協作機制和路徑選擇的多重挑戰。「瓶頸無處不在,但我們選擇直面。」石躍江表示,新奧推進聚變的核心在於兩個關鍵詞:「高效組織」與「開放協同」。

一方面,新奧構建扁平化科研體系,顯著提升執行效率;另一方面,公司堅持「完全開放」技術路線,積極聯手國內外領先科研機構共建研發機制,快速突破關鍵器件技術瓶頸,實現設備落地應用,顯著提升實驗效率與技術水平,帶動國內相關聚變技術生態協同發展。

國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃對外發言人拉班·科布倫茨(Laban· Coblentz)也認為,「作為全球最大的聚變實驗平臺,ITER計劃匯聚了來自全球的幾萬名科研人員開展國際協作。新奧在球形環氫硼聚變領域的積極探索,是對全球聚變科研發展的重要貢獻。ITER未來希望加強與私營企業的合作,攜手推動全球聚變科技加速發展。唯有通力協作,才能使關乎人類未來命運的聚變事業穩步向前。」

中國企業攜全球科研力量衝刺未來

「無論是氫硼聚變還是氘氚聚變,一旦實現商業化應用,都將是人類歷史上的重大飛躍。」西安交通大學物理學院副院長趙永濤出席了本次研討會,並接受採訪。他表示,可控核聚變不僅意味着獲取幾乎無限、清潔、安全的能源,也將徹底改寫全球能源格局。誰掌握了聚變,誰就將站上新一輪科技競爭的制高點。

可控核聚變正被賦予國家戰略高度。據悉,2023年以來,國務院國資委啟動未來產業啟航行動,明確可控核聚變領域為未來能源的唯一方向。

趙永濤指出,推動聚變從實驗走向商用,不僅依賴企業投入或科研院所單打獨鬥,更需要高校、研究機構和產業界的深度協同,以及跨學科、跨機構的系統佈局。他透露,目前教育部正籌備設立「核聚變」專業,以應對未來5至15年內快速擴張的人才需求。

新奧聚變研發人員進行裝置現場檢測

新奧聚變研發人員進行裝置現場檢測

作為國內最早探索氫硼聚變商業化的企業,新奧自2017年起已累計投入超40億元,構建以「玄龍-50U」等核心裝置為支撐的研發體系,組建超300人的國際化科研團隊,其中包括20余位海外高層次人才和200余名博士、碩士,並通過與高校共建實驗室、校企聯合機制,加速人才培養與技術攻關。

2024年,全球可控核聚變市場規模達3314.9億美元。其中,氫硼聚變這一路線出色融合了環境可持續性、商業可行的燃料獲取以及便於監管,為民營企業參與創造了更大可能。劉敏勝表示,儘管氫硼聚變具備顯著的商業潛力,但要突破其技術壁壘,必須依靠全球科研力量的集體創新。

為推動更廣泛的科研參與,新奧今年設立氫硼聚變研究基金,共吸引來自19家機構的提交27份提案,最終有18個具有前瞻性和開創性的項目獲得資助。相信這一舉措將有力推動氫硼聚變前沿技術上的深入突破,構建具有全球競爭力的清潔能源創新生態。

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