200亿!可控核聚变点火之后,“聚变-裂变混合实验堆”落户江西,有望2035年并网发电

核能气质少年 2023-11-18
2195 字丨阅读本文需 6 分钟

近日,江西省人民政府与中国核工业集团有限公司签订全面战略合作框架协议,计划在江西省共同建设聚变-裂变混合实验堆项目,工程总投资预计超过200亿元。联创光电与中核聚变(成都)设计研究院有限公司在国家国防科工局领导、中国核工业集团领导、江西省人民政府领导等各界的见证下签订协议。

超导技术与核能技术强强联手,共同推动聚变发展。多家企业在核聚变领域取得重要进展,包括全球首个全超导托卡马克EAST装置、美国微软与美国核聚变初创公司Helion Energy的合作以及中国核工业集团的“中国环流三号”实验等。预计2035年首台核聚变机组有望并网发电。

超导行业东风已至

高温超导技术的研究和应用在过去几年中取得了显著进展。这一技术的突破使得超导材料能够在更高的温度下实现零电阻,为各种应用提供了更大的灵活性。其中,对于可控核聚变技术的发展,高温超导材料的作用尤为关键。

在可控核聚变过程中,磁场强度是决定反应效率的关键因素。由于高温超导材料具有出色的磁性能,它们在维持强磁场方面表现出色。因此,高温超导材料的突破为托克马克装置的小型化提供了强有力的支持。

近期,全球最新、规模最大的聚变反应堆JT-60SA在日本成功点火,标志着可控核聚变发展进入了一个新的阶段。此外,我国也成功交付了全球最大“人造太阳”(ITER)项目最后一批磁体支撑产品。这两个项目的进展都进一步证明了可控核聚变技术的可行性。

2023年有望成为高温超导行业的元年。除了在可控核聚变领域的应用外,高温超导材料还在其他领域展现出巨大的潜力。例如,金属感应加热和超导线缆等下游应用场景的打开,将进一步推动高温超导材料的应用和市场拓展。

随着高温超导技术的产业化逐步成熟,该领域的产业链正在逐步形成。从原材料制备到最终产品的应用,高温超导材料的产业链涵盖了多个环节。同时,随着技术的进步和应用领域的拓展,该领域的产业规模也在不断扩大。据预测,到2028年,全球高温超导市场规模有望达到150亿美元以上。

取得多项里程碑进展

人类对于核聚变的研究和利用已有超过70年历史,而极端的工作环境要求使可控核聚变领域的研发一直有着著名的“50年悖论”,但随着相关技术突破及资本涌入,可控核聚变商业化开始加速。

根据CapitalIQ,2022年该领域成立的创业公司数量迅速攀升至近40家,仅2022年内就获得了约50亿美元的风投资金。同时,根据Keytone ventures预测,全球核聚变市场规模将从2022年的2964亿美元增长至2027年的3951.4亿美元,CAGR为6.0%。而ChatGpt在今年横空出世,我们预计将对核聚变产业的发展产生重大影响,其在高维数据中寻得最优解的能力或显著缩短可控核聚变商业化开发周期。

11月3日,ITER项目磁体支撑产品在广州交付。至此我国已完成最后一批磁体支撑产品,为ITER项目第一次等离子体放电的重大工程节点奠定了基础。8月25日,我国新一代人造太阳“中国环流三号”在试运行中首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,又一次刷新了我国磁约束聚变装置的运行纪录。

而实现在大电流下托卡马克设备的稳定运行是磁约束托卡马克实现商业化的重要前提条件,我国此次成果的技术水平处于全球领先水平。可控核聚变在国内的蓬勃发展,在为国家解决清洁能源供应核心问题的同时,料将也催生出一个具有划时代意义的全新战略性新兴产业。

2023年8月6日,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLML)在当天早些时候表示,该实验室的科学家们在国家点火装置(NIF)的实验中重复实现了核聚变点火,从而产生了比2022年12月更高的核聚变能量产出。2022年12月13日,美国能源部宣布其NIF装置点火成功,并实现了核聚变“净能量增益”,在理论上验证了核聚变商业化的可能性。

此外,据中国科学报11月2日报道,近日全球最新、规模最大的核聚变反应堆JT-60SA成功点火。JT-60SA为日本和欧盟共同合作建造运行的超导托卡马克装置,其在ITER运行前为世界上最大的热核聚变实验装置。其点火运行将为ITER探索核聚变反应的最佳条件和参数,测试相关技术和操作要点做出贡献。

会给人类世界带来哪些变化?

可控核聚变是指人为地在实验室或核聚变装置中控制并维持聚变反应的过程。相对于目前已应用的核裂变技术,核聚变具有更高的能量产出和更少的放射性副产品。若是可控核聚变研究成功,将给人类世界带来以下重大变化。

首先,可控核聚变将提供几乎无限的清洁能源。核聚变的燃料是氘和氚,这两种氢同位素在丰富的海水和岩石中存在。相较于有限、高昂并且对环境有害的化石燃料,核聚变燃料的获取更加可持续、廉价且环保。一旦核聚变发电技术得到广泛应用,将解决世界能源需求的难题,减少对化石燃料的依赖,同时大幅减少温室气体的排放,有助于抑制全球变暖和气候变化。

其次,可控核聚变将推动能源供应的全球平衡。许多国家不得不依赖进口石油和天然气满足能源需求,这导致了能源供应的不稳定性和地缘政治问题。然而,若是可控核聚变研究成功,各国可以自主生产核聚变燃料,摆脱对进口能源的依赖。这将改变全球能源格局,消除了国家间对能源资源的争夺,减少了能源危机和地缘政治的风险。

此外,可控核聚变还将为航天科技和探索宇宙提供强大支持。核聚变产生的能量密度极高,可以为太空飞船提供大量的推进能量。持续的、廉价的核聚变动力使得威力巨大的飞船推进技术成为可能,将飞船的速度提升到亚光速水平。这将使人类能够轻松地探索太阳系,甚至初步走出太阳系,探索更遥远的星系。可控核聚变为人类探索宇宙带来了无限的潜力,将进一步推动科学和技术的进步。

总之,若是可控核聚变研究成功,将对人类世界带来革命性的变化。无限的清洁能源将推动可持续发展和解决能源危机,而全球能源供应的平衡将增强国际关系的稳定性。另外,可控核聚变的成功将推动航天领域的发展,使人类能够更深入地探索宇宙,开创科技的新纪元。这一切将为人类社会带来巨大的进步和发展。

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