瞄准未来能源 攻关商用难题

“任何一条聚变路线都面临挑战，瞄准但商业化首先要考虑燃料‘卡脖子’问题。源攻用难”日前，关商在位于河北省廊坊市的瞄准新奥聚变技术研发中心，新奥能源研究院院长刘敏胜坦言。源攻用难他同时表示：“聚变是关商我们的未来，我们的瞄准目标是在2035年建成聚变示范堆，早日实现氢硼聚变商业化，源攻用难助力中国聚变发出第一度电。关商”

自2017年新奥集团股份有限公司（以下简称“新奥集团”）开启紧凑型聚变技术探索以来，瞄准已经过去7个年头。源攻用难但对于难度极大且极其耗资耗时的关商聚变研究而言，这或许仅仅是瞄准个开始。

新奥集团为何要涉足这一难度系数和风险都极高的源攻用难领域？这些年，新奥集团的关商聚变研究团队做了什么？刘敏胜进行了一次较为全面的复盘。

布局聚变

2018年4月，一则新闻引发业内广泛关注：在新奥能源研究院与中国物理学会等离子体物理分会、中国核学会核聚变与等离子体物理学会联合主办的紧凑型聚变技术研讨会上，新奥集团宣布，将着手建设一座小型核聚变实验装置。

新奥集团成为首个宣布研发聚变能源的中国民营企业。

“新奥集团一直致力于清洁能源技术创新，探索从低碳能源向无碳能源技术转型。前些年我们探索过光伏、微藻、煤制气、储能等不同的创新技术，这些技术有的已经落地，有的还在继续探索。”刘敏胜说，2017年经过广泛调研论证后，新奥集团瞄准了紧凑型聚变技术。

紧凑型聚变技术是核聚变研究的一个重要方向。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，核聚变不会产生核废料，辐射也极小。

可控核聚变实现的方式主要有两种：惯性约束和磁约束。科学家们在这两条路径上做了很多探索，但截至目前，他们还无法让核聚变反应持续足够长时间。这难以产生比激发核聚变反应所需能量更多的能量。

因此，最初新奥集团并未明确聚变技术的具体实现路径。尽管如此，新奥集团也决定先行动起来。

2018年紧凑型聚变技术研讨会后不久，新奥集团就开始自主设计建造我国首座中等规模球形托卡马克聚变实验装置——“玄龙-50”。该装置于2019年8月建成并成功实现等离子体放电。

新奥集团聚变副总工程师杨圆明介绍，“玄龙-50”在稳定实验运行4年后，已于2023年升级为“玄龙-50U”，并于2024年初启用。升级后的装置相关物理性能参数均显著提升，已跻身国际上较大型磁约束实验平台行列。

选定氢硼

从2017年到2022年，新奥集团聚变团队持续走访国内外知名聚变研究机构，参加各种能“够得着”的学术会议。

在这个过程中，新奥集团的聚变路线逐渐清晰。基于无中子、低成本、商业化的聚变技术研发目标，2022年，新奥集团确定了球形环氢硼聚变技术路线。2024年6月，全面系统阐述新奥集团氢硼聚变技术路线的学术论文在国际期刊《等离子体物理学杂志》发表。

“我们首要考虑的是商业应用的可能性。”刘敏胜说。

目前，托卡马克装置的主要燃料是氢同位素氘和氚（D-T）。然而，氚在自然界中极为稀有，必须在核聚变反应堆中由锂“培育”出来。这种“氚增殖”技术是否可行尚不明确。此外，D-T燃料在高温下聚变时会产生大量的高能中子，对人类和反应堆结构有害。

氢硼聚变提供了另一种思路：将氢核质子与容易开采的硼聚变。这个反应不产生中子，只生成无害的氦。

新奥集团聚变理论模拟首席科学家谢华生解释说，氢硼聚变技术有三方面优势。第一，氢硼聚变的燃料来源广泛，氢元素就存在于水中，硼元素在地球上的储量也很大；第二，氢硼聚变反应可以避免中子形成，减少了放射性废料的产生；第三，不需要转化成热能，可以直接发电。

但是，氢硼聚变实现的难度更大。它需要大约30亿摄氏度的高温，即太阳核心温度的200倍，比D-T聚变所需的温度高30倍。

不过，科学家们已经证明氢硼聚变理论上可行。2023年3月，《自然—通讯》上的一篇论文称，日本国立聚变科学研究所和美国TAE技术公司携手，首次在磁约束聚变等离子体中实现了氢硼聚变实验。“我们现在要做的是在装置上验证它。”刘敏胜说。

杨圆明介绍，新奥集团正在并行开展整体参数国际领先的球形环新装置“和龙”的建设。该装置预计2027年建成，旨在探索氢硼聚变中的各项关键技术，验证球形环氢硼热核聚变反应率，并为未来反应堆设计提供实验基础。

“‘玄龙-50U’的实验进度比预期快。我们将原本计划在‘和龙-2’上开展的氢硼聚变反应，提前到在‘玄龙-50U’上实现。”刘敏胜说。

尽管氢硼聚变面临的技术挑战较大，但新奥集团聚变研究团队已通过新建立的系统代码和新的实验数据，定量展示了实现该聚变反应能量增益的可行性，同时提出了“实验—点火—发电”三步走的详细发展计划。新奥集团的目标是在2035年进入聚变示范堆阶段，解决成本和商业化问题，最终实现商业化的氢硼聚变能。

开放合作

从没有一个聚变技术人员，到涵盖聚变、高能物理、人工智能等各相关学科的近300人，新奥集团聚变研究团队现已具备“物理基础研究—装置设计—工程建设和验证”一体化能力。

更让刘敏胜津津乐道的是，新奥集团积极参加并推动聚变研究国际合作。“我们秉持开放合作的理念，与全球研究成果相互融合，促进不同技术路线兼容共济、协同发展。”他说。

2024年，新奥集团的聚变技术团队成员先后参加了在法国举办的全球聚变实业论坛、在英国举办的国际球形环研讨会、在意大利举办的IAEA（国际原子能机构）世界聚变能源组织首届部长级会议。

新奥集团组建了高水平顾问委员会和学术委员会，国内外多所聚变技术相关科研院所和高校与新奥集团成为密切的生态合作伙伴。

面向未来，新奥集团计划充分应用人工智能技术助力聚变研发。2024年10月10日，“南开—新奥认知科技创新中心聚变智能实验室”正式揭牌，旨在通过聚变物理和人工智能等学科交叉，加速实现技术突破。

“聚变肯定不是某一家机构或企业能做成的。”刘敏胜说，“我们希望与国内外优势单位合作，解决一些共性技术难题，共同突破关键技术门槛。”

2023年底，25家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体正式宣布成立，中国聚变公司（筹）举行揭牌仪式，新奥集团成为该创新联合体的一员。同时，国务院国资委启动实施未来产业启航行动，明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。

这让新奥团队有了更强烈的使命感。“我们唯有分秒必争，全力以赴。”刘敏胜表示。