記者 李貝貝 見習(xí)記者 胡雅文 北京報(bào)道

(資料圖片)

中核集團(tuán)8月26日發(fā)布消息稱，8月25日下午，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號(hào)”取得重大科研進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運(yùn)行，再次刷新我國磁約束聚變裝置運(yùn)行紀(jì)錄，突破了等離子體大電流高約束模式運(yùn)行控制、高功率加熱系統(tǒng)注入耦合、先進(jìn)偏濾器位形控制等關(guān)鍵技術(shù)難題，是我國核聚變能開發(fā)進(jìn)程中的重要里程碑，標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運(yùn)行邁出重要一步。

近年來，核聚變技術(shù)取得重大突破的消息不斷傳來，此次突破也意味著核聚變距離技術(shù)成熟又近了一步。那么，人造太陽離我們還有多遠(yuǎn)呢？廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長林伯強(qiáng)對(duì)記者表示，雖然在技術(shù)上取得了突破，但從實(shí)驗(yàn)室到建設(shè)核電站的過程中充滿了不確定性，核聚變離真正的商業(yè)運(yùn)行還是很遠(yuǎn)。

目前，A股有多家人造太陽概念股，該消息公布后，相關(guān)概念股可能會(huì)受到關(guān)注。

什么是核聚變

簡單來講，核聚變反應(yīng)的本質(zhì)是原子核合并。以最容易實(shí)現(xiàn)的氘氚聚變?yōu)槔谝欢l件下，一個(gè)氘核(由一個(gè)質(zhì)子一個(gè)中子組成)和一個(gè)氚核(由一個(gè)質(zhì)子和二個(gè)中子組成)會(huì)發(fā)生聚變核反應(yīng)，生成一個(gè)氦核(二個(gè)質(zhì)子和二個(gè)中子組成)，并放出一個(gè)中子。與此同時(shí)，融合時(shí)的質(zhì)量損失會(huì)釋放出巨大的能量。

在宇宙間，太陽就是最大的核聚變反應(yīng)裝置，其內(nèi)核中無休無止的氫聚變成氦的過程，為地球帶來了光能和熱能。

在20世紀(jì)50年代，不可控的氘氚聚變反應(yīng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，也就是利用原子彈提供高溫高壓而實(shí)現(xiàn)的氫彈爆炸。然而，若要將聚變時(shí)放出的巨大能量作為社會(huì)生產(chǎn)和人類生活的能源，則必須對(duì)劇烈的聚變核反應(yīng)加以控制，這就是科學(xué)家們正在攻克的可控核聚變。

基于反應(yīng)原理。核聚變具有能量密度高、原料來源廣泛和安全性高幾大優(yōu)點(diǎn)。

核聚變的能量密度非常大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤、石油和天然氣等傳統(tǒng)能源。1991年，歐洲聯(lián)合環(huán)型核裂變裝置成功進(jìn)行了首次氘-氚受控核聚變?cè)囼?yàn)，核聚變比核裂變產(chǎn)生的能量效應(yīng)要高達(dá)600倍，比煤高1000萬倍。根據(jù)國信證券測(cè)算，1克氘氚氣體聚變產(chǎn)生的能量約等于5克鈾235裂變或18噸5500大卡煤炭燃燒所釋放的能量。

而氘可以通過提取并電解海水中的重水獲得，氚可以通過熱中子轟擊鋰6原子得到，并且海洋中的氘含量可以保證人類上百億年的能源消費(fèi)。資料顯示，海水中氘的含量為十萬分之三，即1升海水中含有0.03克氘，這0.03克氘聚變時(shí)釋放出的能量等于300升汽油燃燒的能量。據(jù)國信證券的簡單測(cè)算，氘氚聚變的燃料成本非常低，約為0.0050元/kWh。

相對(duì)傳統(tǒng)核電站所用的核裂變反應(yīng)，核聚變是真正的清潔能源，其安全性不取決于人的管理。從物理規(guī)律來看，核聚變不會(huì)產(chǎn)生放射性廢物，聚變反應(yīng)也可通過停止燃料供應(yīng)來中斷，不存在熔毀風(fēng)險(xiǎn)。

然而，核聚變反應(yīng)的條件十分苛刻。首先，原子核聚合需要上億度的反應(yīng)溫度。在高溫下，反應(yīng)原料會(huì)變成等離子體狀態(tài)，即帶正電的離子和帶負(fù)電的電子混合在一起的狀態(tài)。因此，還需要容納反應(yīng)原料并約束等離子體的裝置。

目前，磁約束是主要的研究方向，托卡馬克裝置（俄語“磁線圈環(huán)形真空室”的縮寫）成熟度較高。根據(jù)聚變堆約束等離子體的方式可將可控核聚變分為磁約束、慣性約束和重力約束，目前以能源為目的的研究主要聚焦于磁約束方向。作為磁約束的典型裝置，環(huán)形托卡馬克被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)可控核聚變的裝置。此外，球型托卡馬克主要用于基礎(chǔ)物理研究。

據(jù)了解，核聚變功率的提升與磁約束性能、中心磁場(chǎng)強(qiáng)度和裝置圓環(huán)半徑有關(guān)。除此之外，高溫超導(dǎo)材料、AI均能助力核聚變功率提升。

目前世界規(guī)模最大的試驗(yàn)堆是多國合作的ITER項(xiàng)目，最新預(yù)期2029年完工。我國最主要的兩個(gè)聚變?cè)囼?yàn)堆分別是HL-2M（中國環(huán)流器二號(hào)M）和EAST（全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置），已取得1MA等離子體電流、1億度等離子體溫度和1000秒等離子體約束時(shí)間等多項(xiàng)成果。此外，CFETR（中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆）項(xiàng)目正在建設(shè)，其中二期項(xiàng)目規(guī)劃達(dá)到1GW功率，能量增益因子達(dá)到10，預(yù)計(jì)2035年建成。

國家能源安全關(guān)鍵科技變量

可控核聚變是我國核能發(fā)展“熱堆—快堆—聚變堆”三步走戰(zhàn)略體系的重要組成部分，是解決國家能源需求、助推“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、促進(jìn)能源新體系構(gòu)建和保障國家能源安全的關(guān)鍵科技變量。

為實(shí)現(xiàn)聚變能源，需要提升等離子體綜合參數(shù)至聚變點(diǎn)火條件。磁約束核聚變中的高約束模式（H模）是一種典型的先進(jìn)運(yùn)行模式，被選為正在建造的國際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆（ITER）的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式，能夠有效提升等離子體整體約束性能，提升未來聚變堆的經(jīng)濟(jì)性，相較于普通的運(yùn)行模式，其等離子體綜合參數(shù)可提升數(shù)倍。

在實(shí)現(xiàn)百萬安培等離子體電流高約束模式運(yùn)行的基礎(chǔ)上，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號(hào)”團(tuán)隊(duì)，將進(jìn)一步發(fā)展高功率加熱和電流驅(qū)動(dòng)、等離子體先進(jìn)運(yùn)行控制等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)堆芯級(jí)等離子體運(yùn)行，研究前沿聚變物理，為我國開展聚變?nèi)紵龑?shí)驗(yàn)、自主建造聚變堆奠定基礎(chǔ)。

圖片來源：中核集團(tuán)

從1984年至今，中國環(huán)流器裝置已歷經(jīng)三代。資料顯示，2020年12月4日，由核工業(yè)西南物理研究院自主設(shè)計(jì)、建造的中國環(huán)流三號(hào)裝置建成并實(shí)現(xiàn)首次放電。一小杯氫核燃料可以滿足一座住宅幾百年的電力需求。

理論上來說，需要將材料加熱到上億度并且維持一個(gè)巨大的磁場(chǎng)需要消耗巨大能量。只有在核聚變產(chǎn)生的能量大于消耗的能量時(shí)，也就是能量增益因子Q大于1時(shí)，核聚變才能自發(fā)的進(jìn)行下去，即完成點(diǎn)火，才有額外的能量可以轉(zhuǎn)化為電能，真正具有實(shí)用價(jià)值。

根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，在過去50年的聚變實(shí)驗(yàn)中，聚變裝置的性能已提高了10萬倍，但要達(dá)到發(fā)電廠所需的性能水平，還需要進(jìn)一步提高。ITER的目標(biāo)之一是最終產(chǎn)生并保持Q值為5，Q值為5代表等離子體自行維持核聚變反應(yīng)的臨界閾值。

換句話說，即使在實(shí)驗(yàn)室中，現(xiàn)有技術(shù)也還未達(dá)到發(fā)電條件。

廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長林伯強(qiáng)對(duì)記者表示，技術(shù)上的突破確實(shí)很重要，但從實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)電站到建設(shè)電站，每一步都需要很久。以中國現(xiàn)有的兩個(gè)第三代核電站為例，在技術(shù)成熟、設(shè)計(jì)圖紙完善、只需建設(shè)并發(fā)電的情況下，也建設(shè)了將近十年。在這期間，德國核電已隨著最后三座核電站停止運(yùn)行，于今年4月15日起歸零。

時(shí)間長、風(fēng)險(xiǎn)大、成本未知，這是核聚變發(fā)電的現(xiàn)實(shí)問題，但這不意味著核電沒有成功的可能。林伯強(qiáng)表示，如若成功建成，核聚變電站將成為我國第四代或第五代核電站，成為能源體系中的重要一員。

相關(guān)概念股或受關(guān)注

中金公司（601995）日前的研報(bào)顯示，全球范圍內(nèi)從事商業(yè)化聚變堆探索的企業(yè)數(shù)量已經(jīng)達(dá)到43家，吸引到風(fēng)投投資金額不斷攀升。截至2023年初，全球聚變公司累計(jì)吸引超過 60 億美元投資。國內(nèi)包括能量奇點(diǎn)、星環(huán)聚能等初創(chuàng)公司同樣開啟了我國商業(yè)化聚變堆的嘗試，并且成功獲取風(fēng)險(xiǎn)資本投資。機(jī)構(gòu)認(rèn)為相關(guān)投資有望快速轉(zhuǎn)化為對(duì)上游的采購訂單，從而拉動(dòng)聚變產(chǎn)業(yè)鏈需求放量。

國信證券研報(bào)指出，聚變產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋廣，投資機(jī)會(huì)比較豐富。聚變產(chǎn)業(yè)鏈上游覆蓋有色金屬(鎢、銅等)、特種鋼材、特種氣體(氘、氚)等原料供應(yīng);中游覆蓋聚變技術(shù)研發(fā)、裝備制造(第一壁、偏濾器、蒸汽發(fā)生器、超導(dǎo)磁線圈等組件)及仿真、控制軟件的開發(fā);下游覆蓋聚變機(jī)組的運(yùn)營。聚變產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋范圍較廣，存在較多優(yōu)質(zhì)投資機(jī)會(huì)。

從市場(chǎng)來看，國機(jī)重裝（601399）、東方電氣（600875）、中國核建（601611）、太鋼不銹（000825）、上海電氣（601727）、久立特材（002318）、安泰科技（000969）、保變電氣（600550）和西部超導(dǎo)等核聚變概念股或會(huì)受到關(guān)注。其中，久立特材是ITER中國工作組導(dǎo)體鎧甲供貨商，安泰科技是EAST大科學(xué)工程裝置兼ITER鎢銅復(fù)合部件供應(yīng)商。不過核聚變相關(guān)上市公司，很多家只是概念股，存在不確定的發(fā)展和炒作風(fēng)險(xiǎn)。

作為面向國家重大需求的前沿顛覆性技術(shù)，可控核聚變具有資源豐富、環(huán)境友好、固有安全等突出優(yōu)勢(shì)，是目前已知的能夠最終解決人類能源問題的重要途徑之一。技術(shù)的突破帶給人希望，路途雖遠(yuǎn)，行則將至，也許小型核聚變電站的建設(shè)運(yùn)行未來將會(huì)實(shí)現(xiàn)。

標(biāo)簽：