界面新聞?dòng)浾?｜ 戴晶晶
“高溫超導(dǎo)強(qiáng)場(chǎng)磁體是核聚變發(fā)展的主要瓶頸，上海在這方面應(yīng)該是積累最深的?！?/span>
隨著高溫超導(dǎo)和人工智能等技術(shù)突破，全球核聚變商業(yè)化進(jìn)程加速，受到各國(guó)政府和資本市場(chǎng)關(guān)注。
4月10日，上海翌曦科技發(fā)展有限公司(下稱(chēng)翌曦科技)創(chuàng)始人兼董事長(zhǎng)、上海市高溫超導(dǎo)材料與系統(tǒng)工程技術(shù)中心主任金之儉在接受界面新聞采訪(fǎng)時(shí)表示，上海市經(jīng)過(guò)十幾年對(duì)高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的培育，現(xiàn)在已經(jīng)到了為國(guó)家核聚變戰(zhàn)略作出貢獻(xiàn)的階段。
2022年6月，脫胎于上海交通大學(xué)高溫超導(dǎo)團(tuán)隊(duì)的翌曦科技在上海成立，主攻聚變強(qiáng)場(chǎng)磁體。當(dāng)年9月，其獲得5000萬(wàn)元種子輪融資，目前正在進(jìn)行第二輪融資。
2023年，翌曦科技與中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究所正式簽署合作協(xié)議，就高溫超導(dǎo)強(qiáng)場(chǎng)聚變磁體展開(kāi)聯(lián)合設(shè)計(jì)。當(dāng)年，翌曦科技兩個(gè)項(xiàng)目入選上海市2023年度“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”超導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)，獲得市科委撥款資助。
核聚變是指氘、氚等輕原子核結(jié)合成氦等較重原子核并放出巨大能量的過(guò)程。仿照太陽(yáng)內(nèi)部熱核聚變反應(yīng)的可控核聚變裝置，也被稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”。由于聚變?cè)牧腺Y源豐富，且無(wú)污染排放，因此可控核聚變被一直認(rèn)為是人類(lèi)解決能源問(wèn)題的重要出路，視為“終極能源”。
自2021年起，美國(guó)CFS公司打造緊湊型聚變發(fā)電裝置、美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)激光核聚變點(diǎn)火“成功”等消息推動(dòng)聚變產(chǎn)業(yè)成為熱點(diǎn)，美國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)也已制定了國(guó)家核聚變戰(zhàn)略。
根據(jù)核聚變工業(yè)協(xié)會(huì)的報(bào)告，截至去年7月，全球共有43家公司正在研究核聚變，產(chǎn)業(yè)投資達(dá)到62億美元，比2022年增加14億美元，增幅約三成。
2023年，中國(guó)國(guó)務(wù)院國(guó)資委啟動(dòng)實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)啟航行動(dòng)，明確可控核聚變領(lǐng)域?yàn)槲磥?lái)能源的重要方向，由25家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體也在年末成立，為國(guó)內(nèi)核聚變產(chǎn)業(yè)添上一把火。
可控核聚變技術(shù)路線(xiàn)主要包括磁約束和激光慣性約束，前者通過(guò)電磁體來(lái)限制等離子體，使其保持穩(wěn)定并達(dá)到觸發(fā)聚變反應(yīng)的溫度和密度條件。
作為磁約束聚變主流的研究裝置，“人造太陽(yáng)”托卡馬克裝置的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線(xiàn)圈，在通電時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng)。
高溫超導(dǎo)是指特定材料在臨界溫度在液氮溫度77K(-196℃)以上，出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物理現(xiàn)象，即電流可以在材料中零電阻通過(guò)，且具有完全抗磁性。相比傳統(tǒng)低溫超導(dǎo)，高溫超導(dǎo)能夠極大降低制冷成本，并縮小托卡馬克裝置的體積。
“高溫超導(dǎo)強(qiáng)場(chǎng)特性遠(yuǎn)超低溫超導(dǎo)，低溫超導(dǎo)磁體很難做到15特斯拉以上，但是高溫超導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度最高世界紀(jì)錄已經(jīng)達(dá)到了45.5特斯拉。”金之儉表示，按照托卡馬克的輸出功率公式，如果磁場(chǎng)強(qiáng)度能夠提高一倍，裝置體積只有原來(lái)的十六分之一，極大降低了研發(fā)成本，研發(fā)周期大大縮短，原來(lái)投資巨大50年預(yù)期的國(guó)際合作項(xiàng)目演變成了一個(gè)10年預(yù)期的投資熱點(diǎn)。
上海市對(duì)高溫超導(dǎo)行業(yè)已進(jìn)行了大量布局，推動(dòng)了世界首套全商業(yè)化運(yùn)行上海35千伏公里級(jí)超導(dǎo)電纜示范工程的落地。
金之儉2010年創(chuàng)立的上海交通大學(xué)高溫超導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，從高溫超導(dǎo)材料到應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈展開(kāi)研發(fā)布局，高溫超導(dǎo)材料通過(guò)上海超導(dǎo)科技股份有限公司(下稱(chēng)上海超導(dǎo))進(jìn)行了工業(yè)化落地。
上海超導(dǎo)成立于2011年，從事第二代高溫超導(dǎo)帶材研發(fā)、應(yīng)用及銷(xiāo)售，為中科院等離子體所、中科院電工所、美國(guó)CFS公司、英國(guó)Tokamak Energy公司等全球100多家單位提供產(chǎn)品或服務(wù)。
其中，美國(guó)CFS公司、英國(guó)Tokamak Energy公司為國(guó)際領(lǐng)先的核聚變玩家，已成功研制高溫超導(dǎo)磁體。上海超導(dǎo)作為它們的核心材料供貨商，其產(chǎn)品國(guó)際先進(jìn)水平已得到了證明。
隨著以核聚變?yōu)榇淼漠a(chǎn)業(yè)對(duì)高溫超導(dǎo)材料的需求增加，以及資本進(jìn)入核聚變產(chǎn)業(yè)鏈上游，上海高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)正迎來(lái)巨大機(jī)遇。
金之儉表示，美國(guó)CFS公司的單個(gè)SPARC示范裝置超導(dǎo)帶材用量就就接近1萬(wàn)公里，瞄準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電的ARC工程實(shí)驗(yàn)堆需求量可能會(huì)達(dá)到2.4萬(wàn)公里，而2021年全球的超導(dǎo)帶材產(chǎn)能僅3000公里。在此巨量需求驅(qū)動(dòng)下，近兩年全球廠(chǎng)商都在進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)。
“我估計(jì)到今年年底或明年年初，國(guó)內(nèi)超導(dǎo)帶材的產(chǎn)能將從300-400公里/年，擴(kuò)大至每年4000-5000公里?！苯鹬畠€稱(chēng)，這將推動(dòng)高溫超導(dǎo)材料價(jià)格顯著下降，高溫超導(dǎo)整個(gè)產(chǎn)業(yè)正迎來(lái)重大發(fā)展機(jī)遇。
除了與國(guó)際公司合作，上海超導(dǎo)也積極供貨國(guó)內(nèi)商業(yè)化核聚變公司，如為陜西星環(huán)聚能科技有限公司和能量奇點(diǎn)能源科技(上海)有限公司提供高溫超導(dǎo)帶材。
目前，經(jīng)歷了兩輪公開(kāi)融資的上海超導(dǎo)正在尋求IPO。此外，另一家高溫超導(dǎo)材料公司甚磁科技(上海)有限公司在今年1月也剛剛宣布完成了新一輪近億元融資。
上海的高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈不僅實(shí)現(xiàn)了二代材料的工業(yè)化量產(chǎn)，也瞄準(zhǔn)了實(shí)現(xiàn)核聚變裝置更關(guān)鍵的強(qiáng)場(chǎng)磁體。
今年，上海市經(jīng)信委、市發(fā)改委等印發(fā)《上海核電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案（2024-2027年）》將可控核聚變技術(shù)作為六項(xiàng)重點(diǎn)工程之一，也提及要突破大尺寸、高電流密度、強(qiáng)磁場(chǎng)的高溫超導(dǎo)磁體關(guān)鍵技術(shù)。
“上海制定了高溫超導(dǎo)三年行動(dòng)計(jì)劃，設(shè)定了三個(gè)目標(biāo)，形成國(guó)際領(lǐng)先的優(yōu)質(zhì)高溫超導(dǎo)材料上海供應(yīng)能力，奠定高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)；突破高溫超導(dǎo)聚變強(qiáng)場(chǎng)磁體核心技術(shù)瓶頸，支撐國(guó)家聚變戰(zhàn)略；促進(jìn)高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈性?xún)r(jià)比整體提升，推動(dòng)高溫超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”
金之儉指出，高溫超導(dǎo)強(qiáng)場(chǎng)磁體是緊湊型托卡馬克最核心的部件，技術(shù)門(mén)檻和商業(yè)價(jià)值都非常高，在托卡馬克系統(tǒng)成本中占到40%-50%。