全球首个全高温超导核聚变实验装置来自两家中国公司

全球首个全高温超导核聚变实验装置来自两家中国公司磁约束聚变装置结构目前，可控核聚变的技术路线大体有三种，分别是重力场约束核聚变，激光惯性约束核聚变和磁约束核聚变。现今，磁约束核聚变研究中，托卡马克是已发展的最有希望利用热核聚变发电的技术方案，也被誉为“人造太阳”。托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，它的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电时内部会产生巨大的螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。聚变发电全高温超导核聚变装置属于托卡马克技术路线，它的全部磁体系统，均采用高温超导材料建造，探索紧凑型高约束先进托卡马克运行模式。届时，将成为全球首台建成运行的全高温超导托卡马克装置，率先在完整装置层面验证全高温超导托卡马克技术路线的工程可行性。磁约束等离子体示意图氘氚聚变反应据上观新闻，还记得科幻电影《流浪地球2》中推动地球的行星发动机吗？它所利用的可控核聚变技术，正是科学家们多年来孜孜以求的。“如果实现可控核聚变，人类就可以拥有源源不断的清洁能源。”2月22日，中国工程院院士、全超导托卡马克核聚变实验装置牵头人李建刚在“墨子沙龙”作主旨演讲。图片来源：《流浪地球2》宣传海报随着人类对能源的需求越来越大，化石能源在未来两三百年可能面临消耗殆尽。当化石能源枯竭，未来如何维持？人类的终极能源是什么？“国际能源署曾组织全世界3000个科学家为之讨论了3年，我也是其中之一，最后大家得出一个结论：人类的终极能源=80%核聚变+20%可再生。”李建刚说。为何是核聚变而不是核裂变？核裂变的原料铀、钍、钚三类元素在自然界中含量极少，仅澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯储量较多。核裂变时产生的各种射线会对人体产生伤害，放射性物质对周围环境也会造成污染。“星际旅行也要依靠核聚变才能实现。”李建刚介绍了核聚变的几大优势：首先，原料储量大。氘-氚聚变反应被认为相对容易实现，海水中蕴藏了约40万亿吨的氘，可用一百亿年。其次，氘-氚聚变反应的产物，无排放无污染，对环境是友好的。第三，核聚变反应具有“固有安全性”。“所谓固有安全性，意味着它什么时候都是安全的，就算发生事故，随时都可以停下来。”另据新华社，4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（east）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，对探索未来的聚变堆前沿物理问题，提升核聚变能源经济性、可行性，加快实现聚变发电具有重要意义。这是实验成功后的全超导托卡马克核聚变实验装置（east）控制大厅（4月12日摄）。新华社记者黄博涵摄“这次突破的主要意义在于‘高约束模式’。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说，高约束模式下粒子的温度、密度都大幅度提升，“这为提升未来聚变电站的发电效率，降低成本奠定了坚实物理基础。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369711.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369711.htm

MIT创世纪核聚变刷新世界记录 高温超导磁体解锁恒星能量

MIT创世纪核聚变刷新世界记录高温超导磁体解锁恒星能量最近，MIT等离子体科学与核聚变中心以及英联邦聚变系统（CFS）发表了一篇综合报告。这份报告援引在“IEEE应用超导会刊”3月份特刊上6篇独立研究的论文，证明了：MIT在2021年实验中采用“高温超导磁体”以及无绝缘的设计，是完全可行且可靠的。同时还验证了，团队在实验中使用的独特超导磁体，足以作为核聚变发电厂的基础。这预示着“核聚变”从一个实验室中的科学研究项目，即将成为可以商业化的技术。论文地址：https://ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp?isnumber=10348035&punumber=77而这一切都要从2021年MIT那次创下世界记录的核聚变实验说起。“超导磁体”创磁场强度世界纪录2021年9月5日凌晨，在麻省理工学院等离子体科学与核聚变中心（PSFC）的实验室，工程师们实现了一个重大里程碑——一种由“高温超导材料”制成的新型磁体，达到了20tesla的大规模磁场强度的世界纪录。要知道，20tesla正是建造核聚变发电厂所需的磁场强度。科学家们预测，它有望产生净功率输出，并有可能开创一个几乎无限的发电时代。试验证明是成功的，同时满足了为设计新的聚变装置（被称为SPARC，磁体是其关键的使能技术）而设定的所有标准。疲惫不堪的工程师们打开香槟，庆祝已取得令人骄傲的成就。他们为此，付出了漫长而艰辛的努力。但是科学家们并没有就此停下他们手头的工作。接下来的几个月里，团队拆解和检查了磁体的部件，仔细研究和分析了来自数百台记录测试细节的仪器的数据。他们还在同一块磁体上进行了另外两次测试，最终将其进行了极限测试，以了解任何可能的失败模式的细节。为的就是进一步验证他们实验中的超导磁体是否能在各种极限场景下都能稳定工作。一个团队将磁体放入低温恒温器容器中核聚变发电，成本降低40倍最近卸任PSFC主任的日立美国工程学教授DennisWhyte表示，“在我看来，磁体的成功测试是在过去30年的聚变研究中最重要的事情”。正如实验结果显示，现有的超导磁体足够强大，有可能实现聚变能源。而唯一的缺点是，因其体积和成本巨大，永远不可能推广实用，或在经济上可行。随后，研究人员进行的测试表明，如此强大的磁体在体积大大缩小的情况下，仍具有实用性。“一夜之间，聚变反应堆的每瓦成本在一天之内就降低了近40倍”。现在核聚变有了机会。“托卡马克”是目前使用最广泛的聚变实验装置设计。“在我看来，托卡马克有机会变得有机会变得经济实惠，因为在已知的约束物理规则下，我们可以大幅减小实现聚变所需装置的体积和成本，这是一个质的飞跃”。六篇论文详细介绍了MIT磁体测试的全面的数据。然后通过分析表明，由麻省理工学院和CFS设计的新一代核聚变设备，以及其他商业聚变公司的类似设计，在科学上是完全行得通的。是核聚变，更是超导的突破核聚变，是轻原子结合成重原子的过程，为太阳和恒星提供能量。但事实证明，在地球上利用这一过程是一项艰巨的挑战。几十年来，人们在实验装置研究上付出了巨大的努力，甚至花费了数十亿美元。人们都在追求却从未实现的目标是：建造一座产生的能量超过消耗的聚变发电厂。这样的发电厂在运行过程中，可以在不排放温室气体的情况下发电，同时不会产生大量放射性废料。而核聚变的燃料，来自从海水中提取的氢，几乎是无穷无尽的。但是，核聚变实现成功的条件，就必须在极高的温度和压力下对燃料进行压缩。由于目前没有任何已知材料能够承受这样的温度，因此必须利用极其强大的磁场来约束燃料。若想产生如此强大的磁场需要“超导磁体”，但之前所有的核聚变磁体都是用超导材料制造的，这种材料需要绝对零度以上约4度（4kelvins，即-270摄氏度）的低温。最近几年，一种被称为REBCO（稀土钡铜氧化物）的新型材料，开始被用于核聚变磁体中。它可以让核聚变磁体在20kelvins的温度下工作，尽管比4kelvins仅高出16kelvins，但在材料特性和实际工程方面却有着显著优势。新型高温超导材料，是对几乎所有用于制造超导磁体的原理的重新设计。如果采用这种全新的高温超导材料进行制造超导磁体，不仅仅是在前人的基础上进行改良，而是需要从头开始创新和研发。“TransactionsonAppliedSuperconductivity”杂志上的新论文描述了这一重新设计过程的细节，而且专利保护已经到位。为了能够充分利用REBCO，研究人员重新设计了一种基于TSTC架构的工业可扩展大电流的“VIPERREBCO”电缆。VIPERREBCO电缆具有这几个明显的优点：-具有不到5%的稳定电流退化。-在2-5nΩ范围内具有坚固的可拆卸接头；-首次能在适合REBCO低正常区域传播速度的聚变相关条件下在全尺寸导体上进行两种不同的线缆淬火测试。关键创新：无绝缘层设计而在这个超导磁体中另一项让人匪夷所思的设计，是移除了薄而扁平的磁体超导带周围的绝缘体。在传统的设计中，超导磁体周围要由绝缘材料进行保护，以防止短路。而在这个新的超导磁体中，超导带完全是裸露的。科学家们依靠REBCO更强的导电性来保持电流准确地通过材料。负责开发超导磁体的MIT核科学与工程系ZachHartwig教授说：“当我们在2018年开始这个项目时，利用高温超导体建造大规模高场磁体的技术还处于很早期的阶段，只能进行小型的实验。”“我们的磁体研发项目在这个规模基础上，很短的时间内完成了全规模磁体的研发。”团队最后制造了一个接近10吨的磁体，产生了高于20特斯拉，稳定且均匀的磁场。“制造这些磁体的标准方法是将导体缠绕在绕组上，在绕组之间设置绝缘层，你需要绝缘层来处理意外情况（如停机）时产生的高电压”。“去掉这层绝缘层的好处在于它是一个低压系统。它大大简化了制造工艺和进度”。这也为冷却或更多的强度结构留出了充足的空间。磁体组件的尺寸略小，它构成了CFS正在建造的SPARC核聚变装置的甜甜圈形腔体。这个腔体由16块被称为“薄饼”的板块组成，每块板块的一侧都缠绕着螺旋形的超导带，另一侧则是氦气冷却通道。“但是，无绝缘层设计在大多数人眼里风险是很大的，而且就算测试阶段也有很大的风险”。教授表示，“这是第一块规模足够大的磁体，探究了使用这种无绝缘层无扭转技术设计、制造和测试磁体所涉及的问题”。“当团队宣布这是一个无绝缘层线圈时，整个社区都感到非常惊讶”。极限测试已完成，大规模商用即将到来？在之前的论文中描述的首次实验已经证明，这样的设计和制造工艺不仅可行，而且非常稳定，虽然一些研究人员曾对此表示怀疑。接下来的两次测试也是在2021年底进行的，通过故意制造不稳定条件，包括完全关闭输入电源，将设备的运转条件推向了极限，这可能会导致灾难性的过热。这种情况被称为“淬火”，被认为是此类磁体运行过程中可能出现的最坏情况，有可能直接摧毁设备。Hartwig说，测试计划的部分任务是“实际去故意淬火一个全尺寸的磁体，这样我们就能在合适的规模和合适的条件下获得关键数据，以推动科学发展，验证设计代码”。“然后拆开磁体，看看哪里出了问题，为什么会出问题，以及我们如何进行下一次迭代来解决这个问题......最终结果证明这是一次非常成功的试验。”Hartwig说，最后的测试以融化了16块“薄饼”中的一个角而告终，但却产生了大量的新信息。首先，他们一直在使用几种不同的计算模型来设计和预测磁体各方面的性...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423169.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423169.htm

1克燃料等于8吨石油 中核合作全球首个全高温超导核聚变实验装置

1克燃料等于8吨石油中核合作全球首个全高温超导核聚变实验装置磁约束核聚变是三大核聚变技术路线之一，其中的超导托卡马克方案是最有希望成功的，也被称为人造太阳，国内及全球此前已经有多个托卡马克实验装置。中核五公司承建的全高温超导核聚变装置又是其中的一种类型，全部磁体系统均采用高温超导材料建造，探索紧凑型高约束先进托卡马克运行模式。这也是全球首个同类装置，建成之后将率先在完整装置层面验证全高温超导托卡马克技术路线的工程可行性。核聚变被认为是人类的终极能源解决方案，1克燃料释放的能量就相当于8吨石油，而且比核裂变更安全，燃料还可以从海水中提取，一旦解决技术问题，就等于人造太阳，能源用之不尽。核聚变是模仿太阳的原理，使两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核，结合期间释放出大量能量。与化石能源相比，核聚变反应不排放二氧化碳，与目前广泛应用的核能（核裂变）相比，它既不会产生核废料，辐射也极少，因此被称为清洁能源的“圣杯”。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369545.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369545.htm

上海超导：能量奇点洪荒 70 成功放电，公司为其供应全部高温超导带材

上海超导：能量奇点洪荒70成功放电，公司为其供应全部高温超导带材从精达股份投资参股的上海超导官微获悉，近日，能量奇点研发建造的全球首台全高温超导托卡马克——洪荒70成功实现等离子体放电。在惊人的推进效率下，能量奇点迈出了一大步，也是全球商业核聚变公司里程碑意义的一大步。而自2022年起，上海超导和能量奇点建立了紧密的合作关系，共同制定了一套适应核聚变应用的材料供应、验收和质量检验体系，并供应了洪荒70装置从研发、测试到最后整机的全部高温超导带材。上海超导确保了数百公里带材保质保量的交付，为洪荒70装置的顺利建成提供了坚实的材料基础。在洪荒70建设完成后，上海超导在2023—2024年继续为能量奇点供应数百公里高温超导带材，用于建设其下一个重要里程碑——经天系统。得益于上海超导产能的大幅提升，数百公里的带材在6个月时间内即完成供货。