中国经济网廊坊8月4日(记者马先震)可控核聚变被誉为“终极能源”,有望引领下一代清洁能源革命,2025年被称为关键节点。最近,资本市场在可控核聚变领域动作频频,如同盛夏天气,持续升温。
7月22日,中国核电(601985)、中国石油、国家绿色发展基金等七家央企及地方国企在上海联合成立中国聚变能源有限公司,宣布共同注资114.92亿元,增资后注册资本达到150亿元。“国家队”百亿加码可控核聚变,被业内认为标志着中国“人造太阳”商业化进程迎来战略窗口期;中核集团于近日宣布设立核聚变专项基金,首期规模达数十亿元,重点投向核聚变装置研发、高温超导材料、等离子体物理、氚循环系统等关键技术领域。
7月17日,上交所举办“可控核聚变”产业沙龙,超过20家产业链上下游企业到场交流,涵盖产业链上下游核心部件、系统装置、工程应用等领域。同时,近30家创投机构、公募基金、证券公司、银行等金融机构出席参会。
作为首家入局聚变能源的民企新奥集团(以下简称:新奥)也在政策鼓励下发挥“鲶鱼效应”,在氢硼聚变商用化探索之路上,步伐明显加快。
7月14日,新奥主办的第三届氢硼聚变研讨会在河北廊坊开幕。来自中、法、德、美等11国近50家顶尖科研机构专家及国际热核聚变实验堆计划(ITER)特派代表汇聚一堂,围绕氢硼聚变前沿探索、成果交流和应用前景等话题,展开深度交流。以此为契机,新奥有意聚合全球研发生态,以创新方案激发全球人才活力,携手推进氢硼聚变商业化。
两个多月前,新奥承办了第四届“受控核聚变与人工智能技术学术会议”,探讨AI技术如何加速可控核聚变从实验室走向商业化,并落地了AI智能组,寻求智能突围。
新奥“玄龙-50U”装置
新奥的信心也来自实验进度的超出预期。今年4月,新奥“玄龙-50U”球形环氢硼聚变装置实验实现全球首个氢硼聚变达到百万安培放电,实现工程满参数运行,提前完成年度目标,迈出氢硼聚变商用化重要一步。5月,新奥“玄龙-50U”实验装置又成为全球首个实现秒级1.2T以上磁场条件的球形环装置,为氢硼聚变所需的高温高密度条件筑牢了硬件根基。
接连的工程技术突破,让新奥在聚变能源探索上跑出了“加速度”。同时,新奥启动了下一代球形环氢硼聚变装置实验“和龙-2”的规划建设。
“物理设计已经完成,前期在做关键的工程技术验证,”新奥聚变实验首席科学家石跃江说,“‘和龙-2’验证氢硼聚变的热核反应,之后的‘和龙-3’回答氢硼聚变商业化行不行。”
据全球咨询公司The Business Research Company统计,2024年全球可控核聚变市场规模为3314.9亿美元,并预计以5.9%的增速到2025年达3511.1亿美元。中信证券年初预计,2030至2035年间全球核聚变装置市场规模有望达2.26万亿元。国际原子能机构预测,到2050年,全球核聚变市场规模有望突破40万亿美元。
A股市场上,可控核聚变概念股成为资金追捧的对象。今年以来,50余只可控核聚变概念股中,几乎所有个股都接受了投资者调研。在二级市场上,自去年9月份行情启动以来,板块指数累计涨幅超过80%。
迎难而“上”氢硼聚变,倒排工期稳中求快
聚变模仿太阳的原理,是两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核并释放巨大能量的过程。聚变依赖极端的温度和压力条件,比太阳温度还高,所以叫“人造太阳”。目前主流选择的两条路径中,氘氚聚变所需温度达上亿度,氢硼聚变所需温度比氘氚聚变还要高很多。
核能分为核裂变和核聚变,核裂变已经实现商业发电。与核裂变相比,核聚变具有释放能量大(是核裂变的4倍)的优势,且污染更小,一旦实现可控,商业化前景更大。其中氢硼聚变的燃料来源丰富(氢和硼- 11),有水的地方就可以提取氢,硼在地壳上大量存在,提取成本低廉;不产生高能中子、无放射性副产物,产物能高效直接发电,成为未来清洁能源的重要方向。
面对未来人工智能对电力和能源的巨大需求,以及近年来“双碳”的目标驱动,中国对清洁能源需求更加迫切,开始把目光瞄向聚变能源领域。
2022年,《“十四五”现代能源体系规划》中明确提出支持受控核聚变的前期研发。2023年,可控核聚变被列为未来能源重要方向。2023年底,中核集团牵头成立可控核聚变创新联合体,聚合央企、科研院所、高校和民营企业,加快推进可控核聚变未来产业发展,以清洁能源为主业的新奥集团位列其中。2024年10月,国务院国资委明确将核聚变列为重点未来产业,提出“超前布局、梯次培育”。
此前,全球聚变探索困难重重,商用化一再延后,以至于有“永远需要50年”的调侃,其中的氢硼聚变路线,难度更高。
新奥聚变控制大厅
为何选择难度更大的氢硼聚变,新奥能源研究院院长刘敏胜给出了自己的理由。他介绍,新奥先后研究过生物质能源、煤制天然气、光伏、太阳能等,这些只是能源优化,不代表“未来能源”。必须把现有的能源供给提高一个数量级到两个数量级,才叫真正的“未来能源”,而且清洁、安全、经济,氢硼聚变是最优的选择。“不能因为技术难度大,就退回到过去。从技术史的角度看,苏联选择电子管,西方选择晶体管,虽然晶体管难度更大,但是结果显而易见,方向不能错。”
业界认为,虽然氘氚聚变更容易实现,但存在三个问题:一是真正氘氚聚变添加燃料后是什么情况还不知道;二是氚提取成本高,氚被列为核材料,有监管层面的挑战;三是氘氚反应后产生的中子,依然存在辐射和放射性问题。
“我们选择氢硼聚变有三个优势:一是氢硼燃料是无限的;第二,成本极其低廉;第三,氢硼聚变最后产生的都是α粒子,没有放射性,直接在燃料里面能转化出来。这符合我们对未来能源清洁、安全的要求,” 新奥能源研究院院长刘敏胜认为,“从长远商用角度来看,氢硼聚变应该是聚变能源最具前景的路径。”
科研进程不断推进,形势也在慢慢起变化。2022年,美国的激光惯性约束聚变装置已经稳定地实现了能量增益。
2023年3月,《自然-通讯》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,测量出了反应产物氦核(α粒子),证明了无中子核聚变的可行性。
而经过八年,前后投入超过40亿元的新奥氢硼聚变,也取得了阶段性可喜的成果。用新奥聚变实验首席科学家石跃江的话说:“这是黎明前的曙光。”
新奥聚变理论首席科学家,曾在美国橡树岭国家实验室从事聚变能科技研发工作40年的彭元凯博士介绍,随着人工智能、高温超导材料等新技术的突破,以往“还要50年”的魔咒有可能被打破,目前国际上各家公司把实现聚变商业化可行性的验证,也就是建成发电示范堆的时间定在2030年。主流观点认为未来10-15年可控聚变能源很有希望实现。
新奥聚变团队的合作伙伴、西安交通大学外籍教授 霍迪(Dieter Hoffmann)回忆,2018年在日本的一场学术会议上,面对新奥聚变团队刘兵博士的问询,他当时仍认为氢硼聚变这条路线“不可行”。后来新奥团队用实际行动及工程实质进展改变了他的看法,对氢硼聚变乐观起来,他认为:“新奥做氢硼聚变,有明确的技术路线图,只要按里程碑计划逐步推进,未来值得期待。”
事实上,新奥研究聚变以商业化目标为导向,明确“2035年建成示范堆”的目标,并科学制定“倒排”计划,确定了“实验-点火-发电”三步走的研发路径。
新奥聚变实验首席科学家石跃江介绍,新奥使用自有资金,无需层层审批;团队实行扁平化管理,可跨组、跨部门直接沟通,大大加快了工程进度。同时,由彭元凯博士设计的第一代“玄龙-50”球形聚变装置沉淀了深厚的工程设计和运行经验,在队伍锻炼、人才培养上取得了长足进展,所以在第二代“玄龙-50U”才能取得这么快的突破。
据新奥能源研究院院长刘敏胜介绍,新奥在开发上采取矩阵式管理方式,各方向分工明确且协作配合,确保项目稳步推进的同时保持创新和高效。
“目前新奥正在筹备下一代装置‘和龙-2’,该装置计划于2027年年中完成。‘和龙-2’将深化我们对氢硼聚变物理的理解,并为未来反应堆开发关键技术起到至关重要的作用。该装置的物理设计和初步工程设计已经全部完成。此外,‘和龙-3’的设计目标是持续维持氢硼等离子体点火,展示净发电量且能量增益因子Q>3,一旦实现该目标,将向商业化可行性迈出重要一步。”刘敏胜说。
聚合全球研发生态,商用化进程有望提速
西安交通大学物理学院教授、德国物理学会等离子体物理分会原主席霍迪
当前,光伏、太阳能、风能等可再生能源受天气影响,无法稳定持续地供电,氢能转化效率低,只能作为现有能源的补充,无法替代化石能源成为主要能源供给。“满足10%的能源需求是可行的,但要100%依赖它们,成本会非常高。短期内,太阳能、风能、天然气、煤炭、石油和核能这些能源是够用的,前提是忽略环境影响;从长期来看,聚变才是解决方案。”霍迪教授说。
聚变对人类的贡献潜力巨大,但科学挑战性也非常大,更需要国内外生态合作,共同攻克难题。
在石跃江看来,虽然新奥有非常严谨的目标,在实验上可以做得比别人快,基于难度之大,也需要开展广泛合作。新奥的实验数据和取得的成果,经过同行严格评议发表后,无偿分享给业内伙伴。
2022年,新奥并行启动整体参数国际领先的下一代球形环聚变实验装置“和龙-2”的设计与建设。基于物理设计成果的13篇论文于2025年2月在行业学术期刊《Plasma Science and Technology》(《等离子体科学与技术》)专刊发表。
“如果球形环氢硼聚变成功,几乎是全中国、全世界的事情,必须全人类一起工作。”石跃江说。
新奥本着“开放共享、合作共赢”的研发理念,通过生态研发方式,着力构建全球化的聚变研发生态圈,汇聚业内智慧与资源,共同开展聚变研究,共享创新成果。
据了解,新奥集团和全球合作伙伴——包括研究机构、行业领袖和学术先驱开展广泛合作,利用他们的专业知识加速新奥的氢硼聚变项目进程。
新奥搭建的氢硼聚变全球研发生态系统,涵盖了从基础科学到工业应用的广泛领域,跨越学科与国界,将磁约束和惯性约束聚变领域的研究力量凝聚在一起。
在国内,新奥始终致力于与国家科研院所、知名高校的合作,如与核工业西南物理研究院、中科院等离子体物理研究所、北京大学、南开大学等开展针对性研究。
在海外,新奥聚合了四大洲11个国家的75家合作单位和685位生态伙伴。
为进一步推动科学界参与,新奥今年启动了氢硼聚变研究基金,反响热烈:来自19所研究机构提交了27 份项目提案,最终有18个开创性项目获得资助。
“今年是向国内发布的基金,未来计划提高基金额度,同时丰富基金形式,向全世界去开放。”石跃江透露。
“1956年,科学家们认为聚变很快能实现。40年后发现还有很多问题没解决。现在不同了,EAST托卡马克、NIF和欧洲联合环(JET)的成果让聚变研究在进步,方向也在收敛。”从事聚变研究逾半个世纪的德国教授霍迪认为在线配资知识门户,“在人类共同的挑战面前,开放合作才是正道。”
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