群雄逐鹿,草根主导
1950年代以来,苏联和美国的政府项目都重点研究托卡马克,它形似甜甜圈,用磁场箍束几千万摄氏度的等离子体。
ITER建成前,英国牛津的JET是最大的托卡马克装置。1997年,JET用2.5万千瓦的输入功率,输出了1.6万千瓦的聚变能,曾鼓舞了科学家建造ITER。
1985年,欧洲、日本、美国和苏联提议共建ITER计划。2007年,欧盟、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国开始合作ITER计划,在法国南部建造一台托卡马克装置,拥有800多立方米的等离子体腔,磁体重量与一架波音747飞机相当。预计ITER建成后,能产生500兆瓦电力,大约相当于现在的大型核裂变反应堆。该项目前十年执行拖沓,成本超出预算。
很多人认为大型装置的建造时间长,造价贵,商业化进程不如人意。各国政府主导的核聚变进程让民间高手看不惯了,等不住了,这几年,纷纷踏入核反应圈。
与官方装置相比,民间装置小而便宜。如应用聚变系统公司建造的两座反应堆主半径只有1.1米,每个价值5200万美元。而ITER造价高达150亿美元。应用聚变公司使用3D打印制造小型、紧凑、可装在航天器上的聚变反应堆,这有利于成本和迭代速度。
互联网公司的介入也让一些企业获得了更多关注。2011年,加拿大的通用聚变公司得到亚马逊总裁贝佐斯资助,加拿大石油公司Cenovus也支持他们。去年该公司与微软合作,用超算分析实验结果,加速研究。
三阿尔法能源公司获得微软联合创始人艾伦资助,从俄罗斯国有企业Rusnano等处融到上亿美元资金,还得到谷歌的支持,研发加快等离子体实验的算法。
有人指出,根据如今的超级计算机模拟,等离子体湍流有别的应对,小反应堆也可行。而基于1997年设计的ITER为了应对湍流,造得过大了。
而像英国托卡马克能源公司这样的黑马,更是拿出了时间表。“可控核聚变将在未来几年内成为现实,而非数十年后。”该公司首席执行官金汉姆说,他们计划2025年研发出首个新式小型核反应堆,2030年向电网输电。他们的高温超导体小型装置只有几米宽,有利于批量生产。英国政府也资助了这一项目。
路线待定,中企投资大
中国在核聚变研究领域实力不凡。去年,位于合肥的先进实验超导托卡马克(EAST)实现电子温度5000万摄氏度、持续时间101秒的稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。不过之前还没有中国民营企业主导的实验装置。
而新奥宣布研发核聚变,是在新奥能源研究院、中国物理学会等离子体物理分会和中国核学会核聚变与等离子体物理学会举办的“紧凑型聚变技术研讨会”上。参会的中国国际核聚变能源计划执行中心罗德隆主任告诉科技日报记者,中国的EAST和国际共建的ITER实验堆,都有中国企业参与制造,但能源企业研发核聚变装置在中国还是首次,这有利于吸引社会力量参与。
国家“^****”专家、新奥集团执行副总裁兼技术委员会主席朱振旗博士说,新奥近十年在清洁能源技术领域锐意创新,已经在煤基低碳能源、泛能网等方面领先国际。小型聚变是迈向无碳能源的颠覆性技术创新,符合能源发展趋势与社会可持续发展要求。
罗德隆和朱振旗都表示,新奥探索的是紧凑型聚变装置,与EAST、ITER和未来的CFETR(中国聚变工程实验堆)不一样。朱振旗说,新奥的聚变装置将是分布式供能——不仅发电,还要利用放出的热量。
新奥将用大约两年时间确定技术路线。朱振旗表示,争取用十年时间实现技术突破,并在其后开展示范工作,每年需要投入资金数亿元。为鼓励国内外青年英才参与,新奥将设立一个小型聚变技术的方案竞赛,就现存问题给出创新和颠覆性的创意。参与者可获1万到30万元的奖励,最高奖金达100万元。