据三位了解一项近期实验初步结果的人士透露,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家在追求可控核聚变方面取得了突破,首次实现了聚变反应的净能量增益,也就是产生的能量比注入的能量还要多。
“了解近期实验初步结果”的科学家已经讨论了结果,分析正在进行中。LLNL定于12月13日(周二)发布一项重大公告。美国能源部预计将在美国太平洋时间周二上午7点(北京时间周二23点)左右进行直播。
自20世纪50年代以来,物理学家一直试图利用为太阳提供能量的聚变反应,但没有一个小组能够从聚变反应中产生超过其消耗的能量。这是一个被称为净能量增益或目标增益的里程碑,将有助于证明这一过程可以提供一种可靠的、丰富的化石燃料和传统核能的替代品。
知情人士称,LLNL在过去两周的一次聚变实验中获得了净能量增益。该实验室采用了一种名为惯性约束聚变的方法,也就是用世界上最大的激光撞击一个微小的氢等离子体颗粒。
核聚变能是模仿太阳的原理,使两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核并释放能量。1952年世界第一颗氢弹爆炸之后,人类制造核聚变反应成为现实,但那只是不可控制的瞬间爆炸。核聚变能试验装置实际上就是在磁容器中对氢的同位素氘和氚所发生的核聚变反应进行控制。
核能分为核裂变能与核聚变能,前者已经被人类加以利用用来发电,而裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,不仅产生强大的辐射,伤害人体,放射性核废料的处理也一直是让人头疼的难题。与之相比,核聚变辐射极少,且核聚变燃料可以说是取之不尽,用之不竭。
可控核聚变被认为有望提供近乎无限的清洁能源,不过现实世界中始终流传一个段子,“人类距离实现可控核聚变永远还有三五十年”。
但2021年以来,国内外风险资本对可控核聚变的关注却迎来高点。
据报道,核聚变工业协会(FIA)最新发布的报告显示,过去一年,核聚变领域的私人投资额高达28.3亿美元,一年的投资额超过了此前的投资总和。
今年上半年,国内2家成立不足1年的商业可控核聚变企业被投资机构争抢,相继完成两笔数亿元首轮融资,投资方囊括了十余家国内明星资本。在科技投资普遍保持谨慎的2022年,VC组团奔向这块能源领域商业处女地——可控核聚变,无疑吸引众多关注。
中国可控核聚变的研究与世界几乎同步。
上世纪50年代,中国开启聚变研究。1980年代,中国建造了第一个托卡马克装置。40年后的今天,中国已有三座成功运行的国产托卡马克装置。其中,中国自主设计的东方超环EAST,是世界首个全超导托卡马克装置,坐落于安徽合肥中国科学院合肥物理科学研究所。
近些年,EAST接连不断的技术突破,备受国际关注:
2018年,EAST实现1亿摄氏度等离子体运行等重大突破,获得的实验参数,接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件;
2021年5月,EAST实现了1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒的等离子体运行;
2021年12月,EAST实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。
技术每向前一步,都让科学家对可控核聚变的未来更加乐观。
今年1月,一个由超百名科学家组成的团队在《自然》杂志上发表了4项实验成果。据报道,美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室国家点火装置获得了“燃烧等离子体”,这意味着核聚变燃烧可以由反应本身产生的热量来维持,而不是靠输入的激光能量。研究人员称,实验产生了高达0.17兆焦耳的能量,但仍小于启动核聚变过程所需的1.9兆焦耳的能量。他们下一步的目标是实现“点火”,即核聚变反应产生的能量大于其消耗的能量。
“整个氛围都变了,我们感觉离目标越来越近了。”德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所的核聚变专家Thomas Klinger在接受《自然》采访时感慨。
sz000969-安泰科技 2020年7月29日互动平台回复:安泰科技作为独家供应商为我国“人造太阳”EAST大科学工程装置批量提供了上偏滤器全钨复合部件。2018年底,又成功中标法国“人造太阳”WEST核聚变全钨偏滤器项目,并于2019年正式签定合同,目前产品正在交付中,这也是全球第二家采用全钨偏滤器的核聚变装置。2020年7月23日,安泰科技成功中标我国“人造太阳”EAST大科学工程下偏滤器钨铜复合部件的合同。 同时,安泰科技也是目前在建的国际热核聚变实验堆ITER(号称世界最大的“人造太阳”)钨铜复合部件的重要供应商。 钨偏滤器被认为是在核聚变领域最难生产和制造的部件之一,安泰科技在核聚变全钨偏滤器复合部件的研究和制造方面已经走在了世界的前列,也是目前全球唯一具有工程化生产经验 的单位。
sz002318-久立特材 久立特材是ITER中国工作组的重要供货商之一。公司开发的核聚变装置用PF导体316L不锈钢方圆管通过省级工业新产品鉴定,成为目前国内唯一满足ITER项目要求的PF导体铠甲供应商;研发的ITER装置用TF导体铠甲(称为“磁笼”的“人造太阳”核心部件),通过中科院合肥物质科学研究院鉴定,纳入国际核聚变试验堆计划 (ITER)采购包。公司作为国内核电用管制造领域的领跑者,产品已覆盖核岛、常规岛各系统及设备用核安全1、2、3 级管道和非核级管道,未来将受益于ITER计划持续推进。
sz002564-天沃科技公司2020年12月7日在互动平台表示,公司子公司张化机拥有民用核安全设备制造许可证,具备生产相关核领域产品的能力,公司曾作为我国装备制造的唯一代表,与中广核联合承接的国际热核聚变实验堆(简称“ITER计划”)蒸汽冷凝设备研发制造任务,是我国非标压力容器行业的一线供应商。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克,俗称“人造太阳”,公司制造的ITER项目的蒸汽冷凝罐已向法国方面顺利交付,该设备和装置为公司独有技术,处于国内领先地位。
sz300820-英杰电气 公司主要产品:包含系列功率控制器,功率控制系统(还原炉电源,单晶炉电源,蓝宝石炉电源,碳化硅炉电源等),特种电源(直流编程电源,加速器电源,中高频感应电源,高压电源,微波电源,射频电源,固态调制器系统等)。公司产品应用领域广泛,包含以光伏(多晶硅,单晶硅,电池组件),新能源汽车充电桩,制氢,核电为代表的新能源领域,以电子级多晶硅,半导体用单晶硅,碳化硅晶体,LED用蓝宝石,LED外延片为代表的半导体等材料领域,以光纤拉丝,化成,腐蚀,电子铜(铝)箔等为代表的其他电子材料领域,以重离子加速器,环境治理,辐照等为代表的公共事业领域,以航空航天,涡轮试验,核聚变装置,空间环境模拟等为代表的科研实验领域及工业电炉,玻璃玻纤制造,钢铁冶金等为代表的传统工业领域,为上述行业提供电源解决方案,有效满足其对电源使用需求。
sh600105-永鼎股份 主营产品是第二代高温超导带材及其应用设备,及超导(通用)电气产品。二代高温超导带材可广泛应用于风电,核电,电网,交通,医疗,军事,重大科学工程等领域。电力方面,超导带材代替传统的铜材的应用产品有超导风机,超导电缆,全超导可控核聚变堆,超导故障电流限流器,超导发电机等。2021年,公司开发的超导限流器产品技术通过了省级新技术,新产品鉴定,获得国际先进的新产品鉴定。公司承担的江苏省重大技术攻关项目“基于第二代(YBCO)高温超导材料的直流输电及消磁电缆研制技术”通过验收。公司与省电力公司和吴江区政府正式签订关于“冷绝缘高温超导直流电缆”项目建设协议,该项目将为未来在电网系统推进老城区综合电力升级改造和节能降耗方面提供更准确的实用比对数据,推动超导电缆的实用化进程。2021年,高温超导带材及项目应用收入增加,产业化曙光初现。还有其他4条数据
sh600353-旭光电子 公司加强对大功率甚至超大功率电子管的研发工作,目前,公司已成功研制500KW大功率样管并已发往用户试用,由于试用效果良好,加之用户需求迫切,已扩大用户试用数,公司正在组织生产满足客户的批量需求,此次样管的研发成功,将为未来设计和生产超大功率电子管提供有力支撑,同时公司承接了中国国际核聚变能源计划执行中心立项的“长脉冲高功率四极管方案设计及关键工艺研究和整管制备”课题,该发射管用于磁约束核聚变能发展研究,其工作频率为50~150MHz,射频输出功率为1.5MW,参数为世界先进水平,获拨中央财政专项资金979万元,为公司涉足可控核聚变能源利用领域打下基础。
sh600468-百利电气 2020年6月22日在互动平台表示,公司控股子公司辽宁荣信兴业电力技术有限公司为国际热核聚变实验堆(ITER)计划提供过电力无功补偿设备。
sh600550-保变电气 2013年,公司在核电等高端产品市场取得了一定业绩,其中中标中广核防城港核电站一期工程主变压器,进一步奠定了公司核电市场地位;中标法国国际热核聚变试验堆脉冲高压变电站主变压器,是中国高端变压器产品首次进入欧盟市场。
sh600577-精达股份 公司完成了二代高温超导行业全球领先企业上海超导科技股份有限公司的股权收购,公司拥有该公司18%股权,系该公司第一大股东。该公司的主营业务为二代高温超导带材的研发和生产。上海超导的高温超导带材,已供货全球领先的可控聚变公司,同时该公司在电网输电方面也参与了深圳平安大厦和上海全球第一条公里级高温超导输电缆等项目,同时积极进军国际市场,进一步提升产能,向全球客户批量供货,未来在商用核聚变,高温超导电网电力及以超导感应加热器为代表的超导节能,环保,军工磁体等领域有广阔的市场空间。
sh600973-宝胜股份 宝胜股份是国内较早参与ITER国际合作项目的公司之一。公司于2007年开始与有关部门合作,承担国际热核聚变实验堆用超导电缆加工技术和生产装备研究。先后完成了设备选型,确定了技术方案,并掌握了超导电缆全部关键技术,研制的超导电缆通过了有关部门主持的技术评审。2008年,公司生产的中国第一根TF超导电缆Sultan样品送往ITER指定机构进行检测论证,经检测各项指标均满足ITER技术要求。2009年公司生产的中国第一根PF2超导电缆样品送往ITER指定机构进行论证。
sh601611-中国核建 2021年,公司承建的中俄核能合作项目田湾核电站7,8号机组和徐大堡核电厂3,4号机组正式开工,全球首个陆上商用模块化小堆“玲龙一号”(ACP100)在海南昌江核电基地实现核岛FCD,全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功实现并网,华龙一号全球首堆示范工程福清核电5号机组具备商业运行条件,成为全球首个按期投产的三代核电,高水平推进“人造太阳”——“国际热核聚变实验堆(ITER)”项目建设,成功实现主机安装第一阶段任务,国际品牌影响力显著提升。
sh603015-弘讯科技 新能源系子公司意大利 EEI参与欧洲主导之跨国人造太阳项目(Fusion for Energy,F4E)立项和招投标,并成功获得标案电源系统资格,正式成为 F4E 项目供应商, F4E 项目是欧盟联合开发项目,将利用核聚变控制技术,实现解决能源危机的终极方案,EEI 公司将持续投入研发资源和力量参与到该项目中。
sh603699-纽威股份 公司为具有中国自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”项目(防城港3&4号机组)配套研制的核级电动波纹管截止阀样机通过鉴定。该批截止阀在设计上采用了低泄漏环保设计、快速维护的模块化设计及高刚度轻量化结构设计,采用动态法对其中两台阀门进行了7.2g高加速度的地震性能试验并取得成功,且首次在公司自建的热态试验回路上开展了“热态可运行试验”、“热态寿命试验”和“流体阻断试验”。同时,公司为中核能源承建的具有四代核电技术(高温气冷堆技术)的石岛湾核电站所配套研发的核级排放阀也通过鉴定。2019年,公司核电阀全系列样机完成用于民用核安全设备许可证范围扩充的鉴定试验。关键核电阀实现出口,首次获得ITER核聚变项目中核级阀门订单,对于阀门材料、结构、性能要求更加苛刻。
sh605167-利柏特 公司具有代表性的产品为核电气体分离装置,该装置用于核电制氦,是热核聚变实验堆辅助装备之一。
sh688122-西部超导 公司生产的超导产品,包括铌钛锭棒、铌钛超导线材、铌三锡超导线材和超导磁体等,主要用于先进装备制造、大型科学工程等领域,包括磁共振成像仪、磁控直拉单晶硅、核聚变实验堆、核磁共振谱仪、质子/重粒子加速器、磁悬浮列车、智能电网装备等。在成功研制ITER用超导线材的基础上,公司通过持续创新,在2013年成功开发高端MRI专用NbTi超导线,先后通过国际主要MRI制造企业GE和SIEMENS的验证。目前,公司已向GE和SIEMENS批量供货。
sh688167-炬光科技 国家惯性约束可控核聚变试验装置重大项目 根据相关科学技术成果鉴定证书,央视报道和陕西省激光产业发展专项规划相关内容,公司的“无铟化技术”较大幅度地提高了器件的可靠性,环境适应性和储存时间,并自主研发了制备金锡薄膜界面材料的工艺技术,实现了批量生产。公司的高功率半导体激光产品被应用于有“人造太阳”之称的国家惯性约束可控核聚变试验装置重大项目。
sh688663-新风光 公司与卡迪夫大学,国家电能变换与控制工程技术研究中心等科研院所进行技术合作。公司与天津大学等五家单位联合承担的“复杂工况下电机系统高效能运行与控制关键技术及其应用”获国家技术发明二等奖。公司研制的“电磁轴承控制系统”成功应用于清华大学核能院国家十五“863”能源领域重点高科技攻关项目暨第四代核反应堆——10兆瓦高温气冷堆氦气直接透平循环发电系统,研发的“500kW超导储能逆变器及其与电网切换系统”成功应用于中科院电工所“863”项目“超导储能系统”,研发的“等离子体垂直位移快速控制电源”成功应用于中科院等离子体物理研究所承担的“国家重大科学研究项目——EAST核聚变试验装置”,研发的“超导储能-限流功率调节系统”应用于国家“863”计划课题“超导储能-限流功率调节系统”。公司与山东大学等单位联合承担的“高比例新能源电力系统电能净化关键控制技术及应用”已通过2020年度国家科技进步奖初评,公司在该奖项的主要完成单位中排名第二位。
sh688776-国光电气 公司的核工业设备及部件产品主要包括ITER配套设备、核工业领域专用泵以及阀门等,为我国参与的国际科研合作项目“国际热核聚变实验堆计划(ITER计划)”提供了核心设备,包括偏滤器、屏蔽模块热氦检漏设备等产品。公司是全球第一家研制出满足ITER技术标准的“ITER热氦检漏设备”企业,并依据该设备指标联合国内知名科研院所建立了国家“真空热氦检漏”行业标准,同时申请提出了“真空热氦检漏”国际标准。
sh688122-西部超导 公司汇聚了国内多名超导材料和稀有金属材料专家,形成了以张平祥博士为带头人,以周廉、甘子钊、赵忠贤、张裕恒、霍裕平、才鸿年等6名院士为顾问,以国务院政府特殊津贴专家、国家核聚变技术委员会委员、国家或陕西省有突出贡献中青年专家等为核心的专业研发团队。