成功点亮了“龙门”两扇——那全球首台全高温超导托卡马克装置“洪荒70”,并在自研“经天磁体”刷新了世界纪录之后,上海的一家核聚变能源企业——能量奇点能源科技(上海)有限公司,近期公布了一则新动态:该公司正在对“洪荒70”进行升级与改造,力求达到10分钟以上的等离子体稳定运行。
杨钊,作为能量奇点的首席执行官,曾将“洪荒70”的研发过程比喻为建造钢铁船舶,这一比喻证明了以全新材料构建托卡马克装置的可行性。然而,若要让这艘“船舶”真正服务于人类,其安全性和经济性是不可或缺的——而“洪荒170”正是那艘未来有望在海洋上航行的大型船只,目前它正处于概念和工程设计阶段。
人类最初制造的飞机只能停留在空中12秒钟,飞行距离仅有36米。经过不断的改进和发展,现在的飞机已经能够在广阔的天空中自由翱翔,甚至实现了洲际旅行。关于能量奇点的展望,预计到2035年,我们将能够建成核聚变示范电站,并且该电站一次开机后至少可以持续稳定运行168个小时。根据专家的预测,到本世纪的中期,核聚变发电的成本有望降低至每度电0.3元以下,这将是目前风电价格的四分之一。
力争让“钢船”能航行10分钟以上
去年六月,"洪荒70"装置沐浴在如同太阳般灿烂的光辉之中,这一壮丽景象标志着等离子体放电实验的圆满成功。在全球范围内已建成的百余台托卡马克装置中,"洪荒70"独具特色,它是目前仅有的四台全超导装置之一,并且是唯一一台采用全高温超导技术的托卡马克装置。
洪荒70点亮等离子体。能量奇点提供
高温超导技术代表了一种全新的发展方向。将托卡马克装置比喻为船只,过去建造船只依赖木材,而现在有人尝试用钢铁打造,以此证明其依然遵循着浮力原理。然而,船只不仅要能浮在水面上,更要具备长时间稳定航行的能力。今年,能量奇点公司对“洪荒70”进行了升级与改造,旨在使其成为一艘能够在海上航行超过10分钟的坚固“钢铁之船”。
达成这一目标并非易事。首先,要实现等离子体的长时间稳定放电,必须配备一套高效的电流驱动系统;其次,在长时间运行期间,等离子体会持续向外释放能量,这便对设备材料的耐热性能和散热能力提出了更高的要求;再者,为了更有效地保持长时间运行,必须对等离子体的状态进行实时监控,从而催生了对于诊断与控制系统的迫切需求。
这些创新参数需经“洪荒70”逐一验证,随后方可应用于“洪荒170”的设计之中。今年三月,能量奇点独立研发的高孔径强磁场磁体“经天磁体”成功完成了首次通电试验,并产生了21.7特斯拉的强大磁场,这一成就刷新了世界纪录。凭借“经天磁体”所取得的实验数据,我们对“洪荒170”的设计信心倍增。
以极强统筹思维挑战复杂任务
2009年,杨钊成功踏入北京大学物理系的门槛,在求学过程中,他对可控核聚变技术产生了浓厚的兴趣。本科学业完成后,他远赴美国斯坦福大学,致力于理论物理学博士研究。学成归来后,他创建了能量奇点。
创业之初,杨钊身兼公司各项技术领域首席技术官的重任,并率领团队协同推进相关子系统的研发工作。了解杨钊的人士普遍认为,他精通编写“零维代码”。
“零维代码”作为构建复杂系统的基石,需精确设定项目宗旨,且需如数学公式般力求简练。他自始至终明确了解决全超高温托卡马克装置的方法,所编写的“零维代码”至今仍为公司带来益处。在短短两年内,能量奇点便完成了“洪荒70”的设计、研发与建造,这一成就刷新了全球超导托卡马克装置研发与建造的纪录。
能量奇点杨钊
杨钊拥有卓越的统筹能力,他认为即便是再繁杂的项目,也能被分解为若干个独立的子系统。以“洪荒70”为例,它由磁体系统、主机系统、低温系统、真空系统等十多个一级子系统构成,此外还包含三十余个二级子系统。与“洪荒70”相较,“洪荒170”的复杂性增加了数万倍,杨钊对哪些系统需自主研发、哪些可交由供应商处理、哪些可现成购买,了如指掌。这种清晰的认识,使得公司得以充分调动每位员工的长处,以超高的性价比,向有望实现商业盈利的托卡马克装置发起挑战。
核聚变电站需要突破极限
到2035年,我国有望实现可控核聚变技术产生的首批电力。据杨钊所言,这一成就似乎唯有在上海才能实现。他的信心源自于能量奇点项目的发展历程,自2022年项目落户于临港新片区以来,每一个重要的里程碑都离不开相关部门的大力支持。
能量奇点厂房
随着杨钊在这条全高温超导托卡马克的道路上越走越远,他愈发坚定地认为,这确实是一条能够为人类带来能源解放的康庄大道。他的这种信念,不仅源于这条技术路径所蕴含的巨大潜力,更得益于其选用的原材料。
核聚变在根本上是轻原子核如氘和氚融合形成较重的氦原子核并释放出巨大能量的现象。科学界普遍认同,核聚变电站所用的原料主要是氘-氚反应堆,其中氘在海水中广泛分布,获取相对便捷,然而氚在自然界中的性质却相对不稳定。若核聚变电站采用氘-氚作为原料,则实际上能够实现资源的无限供应。
实现氘-氚核聚变的关键在于磁场的强度。杨钊指出,全高温超导托卡马克是目前能够产生最高“聚变三乘积”的装置,其数值已经达到了10的21次方。然而,为了实现氘-氚反应,所需的“聚变三乘积”至少需要达到10的22次方。他透露,能量奇点团队有信心突破这一上限。如果这一目标得以实现,那么上海在提前布局的未来能源产业领域,将更接近“确定性”的目标。
人物小传
杨钊,担任能量奇点的创始人及首席执行官。作为国内在聚变能源商业化领域的开拓者,他积极吸纳顶尖人才,携手探寻未来能源的终极解决方案。他荣获了浦东新区十大杰出青年、科技精英称号,以及临港新片区十大科创先锋荣誉,并在HICOOL全球创业大赛中荣获一等奖。