é  引    言  ?

      “清潔”、“安全”、“無(wú)限”，核聚變被認(rèn)為是人類能源的終極解決方案。1克聚變物質(zhì)可以釋放9萬(wàn)千瓦時(shí)的電力… …

      “2021年是核聚變發(fā)展的驚人一年，我不認(rèn)為我們?cè)诰圩兪飞嫌羞^(guò)這樣的一年，”普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室主任斯蒂芬·考利（Steven Cowley）說(shuō)。

      2021年12月30日夜，中科院合肥研究院等離子體所，中國(guó)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施EAST全超導(dǎo)托卡馬克裝置（東方超環(huán)）再次創(chuàng)造世界紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了1056秒長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)時(shí)間高溫等離子體運(yùn)行；此前，東方超環(huán)也創(chuàng)造了1億攝氏度等離子溫度持續(xù)運(yùn)行超過(guò)100秒的世界紀(jì)錄，核工業(yè)西南研究院環(huán)流器二號(hào)M裝置及新奧集團(tuán)炫龍50裝置也成功實(shí)現(xiàn)放電，各項(xiàng)目均已取得了不同程度的技術(shù)突破。等離子體達(dá)到1億攝氏度并能保持穩(wěn)定運(yùn)行，推開(kāi)了可控核聚變發(fā)電的大門。

      2021年12月21日英國(guó)牛津歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）核聚變裝置，產(chǎn)生了有史以來(lái)最高的持續(xù)能量脈沖，5秒持續(xù)反應(yīng)時(shí)間即釋放出59MJ的能量。

      英國(guó)tokamak Energy、美國(guó)CFS（Commonwealth Fusion Systems）、HELION、TAE等多家商業(yè)公司，紛紛將核聚變進(jìn)入發(fā)電質(zhì)變點(diǎn)的時(shí)間線提至2030年；全球最大的核聚變裝置法國(guó)ITER，也于2021年完成了主體部件的吊裝。

      低溫超導(dǎo)線圈磁場(chǎng)強(qiáng)度提升受限，而高溫超導(dǎo)材料的成熟，給緊湊型核聚變技術(shù)方案帶來(lái)更加可行的加速路徑。

      CFS在官網(wǎng)稱：正是高溫超導(dǎo)材料的成熟，讓磁約束核聚變成為可能。CFS成立于2018年，僅三年時(shí)間就拿出了重要里程碑突破：2021年9月，CFS制造的高溫超導(dǎo)磁體能提供高達(dá)20特斯拉的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)，該磁體體現(xiàn)出的潛力，為核聚變凈功率輸出開(kāi)辟了道路，成為世界上最強(qiáng)的核聚變磁體。此重要技術(shù)的突破，被《麻省理工科技評(píng)論》列為全球年度十大突破性技術(shù)之一，也為CFS獲得了核聚變發(fā)展史上最大的一筆商業(yè)融資。CSF已經(jīng)破土動(dòng)工建造一座實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆，預(yù)計(jì)于2025年完工，如果成功，CFS計(jì)劃在未來(lái)十年內(nèi)建立一個(gè)完全商業(yè)化的發(fā)電廠。

      谷歌人工智能DeepMind和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院等離子體中心的物理學(xué)家，共同完成了一個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法系統(tǒng)，成功地用于以算法加速探索對(duì)等離子體運(yùn)行控制的優(yōu)化方案。

      將2030年實(shí)現(xiàn)商業(yè)發(fā)電為目標(biāo)的英國(guó)tokamak Energy，也成為率先完成1億攝氏度等離子體連續(xù)運(yùn)行的商業(yè)公司。其首席執(zhí)行官克里斯·科賽爾（Chris Kelsall）表示：高溫超導(dǎo)磁體與球形托卡馬克搭配，是實(shí)現(xiàn)干凈和低成本商業(yè)核聚變能源的最佳途徑。

      每一步，都在強(qiáng)化著幾十年的技術(shù)突破和積累，都在完善著核聚變的偉大圖景。

      全球頂級(jí)公司谷歌、亞馬遜早已開(kāi)始對(duì)核聚變投資，比爾蓋茨、貝佐斯等頂級(jí)富豪，也分別投資了核聚變商業(yè)公司。2022年2月《華爾街日?qǐng)?bào)》援引業(yè)內(nèi)人士的話稱：“一波又一波的資金涌入到核聚變領(lǐng)域當(dāng)中，這正是核聚變工業(yè)擴(kuò)張的信號(hào)”。

      數(shù)據(jù)公司PitchBook的信息顯示，近年來(lái)聚變行業(yè)吸引了近50億美元的資本融資，僅在2021年就吸引了近30億美元。英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》2021年11月報(bào)道，據(jù)其不完全統(tǒng)計(jì)顯示，2021年，美國(guó)核聚變領(lǐng)域吸引到的投資規(guī)模高達(dá)23億歐元。而在隨后的一個(gè)月，僅HELION、TAE、General Fusion 和CFS 此4家公司就獲得了約40億美元的融資。其中僅美國(guó)CFS一家公司就獲得了18.5億美元的投資。

      核聚變投資的升溫中，也包括中國(guó)騰訊投資英國(guó)的First Light Fusion公司及米哈游、蔚來(lái)資本等投資上海能量奇點(diǎn)的行動(dòng)。2022年4月，成立于2021年6月的能量奇點(diǎn)完成近4億元人民幣首輪融資。

      核聚變行業(yè)協(xié)會(huì)（Fusion Industry Association）首席執(zhí)行官安德魯·霍蘭德（Andrew Holland）認(rèn)為，2030年代核聚變的主要競(jìng)爭(zhēng)“將不是科學(xué)問(wèn)題或是工程問(wèn)題，而是制造問(wèn)題，你能以多快的速度建造”。

      根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2021年底，全球在運(yùn)營(yíng)的核聚變裝置有96座，在建核聚變裝置有9座，計(jì)劃建設(shè)的裝置則有29座。其中，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)旗下的核聚變裝置總數(shù)為107座，中國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本、俄羅斯、韓國(guó)、加拿大、荷蘭、印度等國(guó)家都擁有核聚變?cè)囼?yàn)裝置。

      2022年3月15日，美國(guó)政府對(duì)外宣布“正在制定一個(gè)大膽的十年愿景來(lái)加速核聚變”，3月17日白宮舉行的聚變峰會(huì)上，美國(guó)政府能源部長(zhǎng)詹妮弗·格蘭霍爾姆（Jennifer Granholm）說(shuō)，能源部現(xiàn)在將協(xié)調(diào)其所有聚變能源研究機(jī)構(gòu)，以推進(jìn)該技術(shù)。在美國(guó)國(guó)會(huì)2022年財(cái)年的綜合撥款法案中，有7.13億美元用于支持核聚變研究和建設(shè)。

      2021年10月1日，英國(guó)政府公布《國(guó)家核聚變戰(zhàn)略》，啟動(dòng)“球形托卡馬克能源生產(chǎn)計(jì)劃”，計(jì)劃在2040年前建立一個(gè)核聚變發(fā)電廠；在這份戰(zhàn)略規(guī)劃里，“英國(guó)要建立一個(gè)世界領(lǐng)先的聚變產(chǎn)業(yè)，在未來(lái)幾十年里可以向全世界輸出聚變技術(shù)”成為英國(guó)鮮明的國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。

      中國(guó)的核聚變工程堆CFETR也規(guī)劃于2030年代建成。

      已故蘇聯(lián)物理學(xué)家、托卡馬克裝置發(fā)明人之一的列夫?阿爾茨莫維奇(Lev Artsimovich)說(shuō)過(guò)：當(dāng)社會(huì)需要核聚變時(shí)，核聚變就會(huì)準(zhǔn)備好。

é  應(yīng)用案例  ?

| 可控核聚變項(xiàng)目——美國(guó)Commonwealth Fusion Systems公司

美國(guó)CFS公司使用高溫超導(dǎo)帶材繞制大口徑、20T的強(qiáng)磁場(chǎng)磁體，將應(yīng)用于SPARC、ARC超導(dǎo)核聚變等，第一階段磁體已于2021年9月宣布測(cè)試成功。

上海超導(dǎo)已為該項(xiàng)目批量提供超過(guò)一百余公里采用30微米超薄基帶的高性能高溫超導(dǎo)帶材，用于聚變導(dǎo)體和磁體研制。

圖片來(lái)源：Commonwealth Fusion Systems 官網(wǎng)

| 可控核聚變項(xiàng)目——英國(guó)Tokamak Energy公司

托卡馬克能源公司ST-40球形托克馬克反應(yīng)堆于2022年3月實(shí)現(xiàn)1億攝氏度的溫度，成為商業(yè)化核聚變研究的重要里程碑。

上海超導(dǎo)與英國(guó)TE公司進(jìn)行深度合作，于2017-2020年間分批陸續(xù)供應(yīng)寬幅高性能高溫超導(dǎo)帶材，用于強(qiáng)場(chǎng)磁體研制及超導(dǎo)可控核聚變。

圖片來(lái)源：Tokamak Energy 官網(wǎng)