新奧聚變科學(xué)家石躍江：10年內(nèi)驗(yàn)證氫硼聚變商業(yè)化可行性｜對(duì)話能源大咖
華夏時(shí)報(bào)
本報(bào)（chinatimes.net.cn）記者李未來(lái)實(shí)習(xí)生楊梓涵北京報(bào)道
可控核聚變正從概念變成現(xiàn)實(shí)。
資本市場(chǎng)上，可控核聚變的熱度一再攀升，7月下旬中國(guó)聚變公司獲得多家實(shí)力企業(yè)近百億元增資，A股可控核聚變概念自去年以來(lái)持續(xù)活躍。技術(shù)上，可控核聚變實(shí)驗(yàn)不斷取得突破，我國(guó)EAST裝置在今年1月首次實(shí)現(xiàn)了1億攝氏度1066秒的穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模式等離子體運(yùn)行，新奧玄龍-50U實(shí)現(xiàn)了高溫高密度百萬(wàn)安培（兆安）等離子體電流。
技術(shù)上的突破和資本市場(chǎng)的熱捧讓可控核聚變的商業(yè)邏輯越來(lái)越清晰。那么，可控核聚變何時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化？在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前需要突破哪些難點(diǎn)？聚變實(shí)驗(yàn)取得了哪些進(jìn)展？
近日，《華夏時(shí)報(bào)》記者對(duì)新奧聚變實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家石躍江進(jìn)行獨(dú)家專訪，針對(duì)可控核聚變技術(shù)路線、商業(yè)化進(jìn)程等問(wèn)題展開(kāi)深入探討。以下是采訪內(nèi)容：
《華夏時(shí)報(bào)》：可控核聚變有多條技術(shù)路線，氫硼聚變有什么特點(diǎn)？氫硼聚變需要的高溫如何實(shí)現(xiàn)？在國(guó)際上有沒(méi)有可以借鑒的成功案例？
石躍江：氫硼反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生中子，不用考慮中子輻射的問(wèn)題，并且氫硼的燃料易得。
目前國(guó)際上已有的磁約束裝置能做到1億度到2億度的溫度，只要尺寸足夠大，磁場(chǎng)就足夠強(qiáng)，這是給我們很好的經(jīng)驗(yàn)。但磁約束裝置的造價(jià)和體積、磁場(chǎng)成正比，要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，就不可能無(wú)限地提高。我們想到的方法就是做球形環(huán)，球形環(huán)相比于傳統(tǒng)的大環(huán)徑比的托卡馬克，能在較小的尺寸和較低的磁場(chǎng)下實(shí)現(xiàn)較高的溫度、密度等參數(shù)。英國(guó)一家私營(yíng)公司的球形環(huán)，已經(jīng)達(dá)到了1億度的溫度。
玄龍-50U的目標(biāo)也是1億度，我們需要做一個(gè)近穩(wěn)態(tài)的高離子溫度，再高的溫度只能靠我們自己去探索。我們將建設(shè)一個(gè)尺寸更大的裝置——和龍-2，它的尺寸比玄龍-50U大百分之三四十，磁場(chǎng)提高到現(xiàn)在的三倍。我們希望和龍-2的溫度能達(dá)到3到5億度。之后再設(shè)計(jì)一個(gè)高溫超導(dǎo)裝置——和龍-3。我們有專門的模擬小組通過(guò)一些計(jì)算的代碼去分析，用各種加熱手段去實(shí)現(xiàn)高溫條件。
《華夏時(shí)報(bào)》：目前為止，新奧在氫硼聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中取得了什么成果？
石躍江：我們?cè)谛?50U這個(gè)氫硼聚變實(shí)驗(yàn)裝置上實(shí)現(xiàn)了高溫高密度百萬(wàn)安培（兆安）等離子體電流，這在全球都是首次。我們用的是高濃度的硼燃料，在放電過(guò)程中也達(dá)到了高溫度，最高的電子溫度能達(dá)到3.5KeV，也就是4,000萬(wàn)度。這個(gè)放電驗(yàn)證了氫硼放電是可以達(dá)到高參數(shù)、高水平的，這也給我們開(kāi)展未來(lái)的氫硼放電更高參數(shù)的實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
這一突破對(duì)球形環(huán)裝置和托卡馬克裝置的未來(lái)發(fā)展都有貢獻(xiàn)。比如我們放電用的是低環(huán)電壓和無(wú)感電流驅(qū)動(dòng)，未來(lái)的球形環(huán)反應(yīng)堆，可以用低環(huán)電壓的方式達(dá)到穩(wěn)態(tài)的電流分布。
另外，這對(duì)ITER這樣的反應(yīng)堆也有很好的借鑒意義。一方面，ITER創(chuàng)造反應(yīng)堆也要求無(wú)感電流啟動(dòng)。另一方面，ITER裝置在第一階段放電時(shí)要求做一定濃度的硼化實(shí)驗(yàn)，叫實(shí)時(shí)硼化，高濃硼放電也是一種實(shí)時(shí)硼化，這對(duì)于支持ITER的第一階段實(shí)驗(yàn)是非常重要的。
《華夏時(shí)報(bào)》：新奧玄龍-50U的主要目標(biāo)是什么？
石躍江：這個(gè)裝置要實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo)。第一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)的高參數(shù)電流驅(qū)動(dòng)。第二個(gè)目標(biāo)是提高氫硼反應(yīng)的離子溫度，同時(shí)降低電子溫度，最終實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。氫硼反應(yīng)需要的溫度達(dá)到100-200KeV，也就是10-20億度。同時(shí)，氫硼反應(yīng)的離子溫度應(yīng)當(dāng)達(dá)到電子溫度的兩倍以上。第三個(gè)目標(biāo)是測(cè)試和驗(yàn)證氫硼聚變反應(yīng)。玄龍-50U的放電實(shí)驗(yàn)中，我們已經(jīng)用到了氫硼燃料。明年我們會(huì)繼續(xù)提高參數(shù)，看能否實(shí)現(xiàn)可以探測(cè)的氫硼聚變反應(yīng)。
《華夏時(shí)報(bào)》：氫硼聚變何時(shí)能夠商業(yè)化？
石躍江：我們?cè)?035年之前要驗(yàn)證氫硼聚變商業(yè)化的可行性，在此之前新奧倒排了幾個(gè)裝置，從前到后依次是：玄龍-50、玄龍-50U、和龍-2、和龍-3。
玄龍-50的裝置是新奧第一個(gè)中大型的磁約束裝置，也是我國(guó)第一個(gè)中等規(guī)模的球形環(huán)裝置。在球形環(huán)方面，玄龍-50在工程技術(shù)的建造上做了四年實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)于一個(gè)“奠基者”。
玄龍-50U相比玄龍-50外形尺寸是一樣的，但是前者工程參數(shù)提高了很多。磁場(chǎng)是一個(gè)重要的指標(biāo)，玄龍-50的磁場(chǎng)只有0.5特斯拉，玄龍-50U在相同的位置，磁場(chǎng)提高了兩倍多，在60厘米的地方磁場(chǎng)已經(jīng)達(dá)到了1.2特斯拉。磁場(chǎng)提高越多，性能越會(huì)提高。當(dāng)然，裝置的復(fù)雜性也增加了很多，就能做更復(fù)雜的等離子體控制實(shí)驗(yàn)。所以玄龍-50U的整體參數(shù)性能比玄龍-50提高了一個(gè)量級(jí)。
和龍-2的尺寸和磁場(chǎng)相比玄龍-50U又是一大升級(jí)，和龍-2的大半徑會(huì)增加到1米左右，磁場(chǎng)增加到3個(gè)特斯拉。在和龍-2這個(gè)裝置上，我們將會(huì)為它配套全新的附屬實(shí)驗(yàn)大廳和各種附屬的電源供電設(shè)備。它的目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)3-5億度，會(huì)驗(yàn)證氫硼的熱核反應(yīng)。
和龍-3裝置回答氫硼聚變能否商業(yè)化的問(wèn)題。氫硼聚變雖然沒(méi)有中子輻射，沒(méi)有燃料稀缺的問(wèn)題，但它仍面臨一些挑戰(zhàn)。比如如何實(shí)現(xiàn)10億度、20億度的高溫，如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電流啟動(dòng)和電流維持控制。
《華夏時(shí)報(bào)》：關(guān)于氫硼聚變實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，有哪些經(jīng)驗(yàn)可以分享？
石躍江：一方面，這與新奧能源研究院的科研環(huán)境密不可分，我們沒(méi)有部門之間的壁壘。研究院執(zhí)行效率高，大家為了同一個(gè)目標(biāo)，可以跨組跨部門直接溝通，讓科研人員的精力都用在科研上。
另一方面，我們從一開(kāi)始就秉持著完全開(kāi)放的態(tài)度，不僅對(duì)國(guó)內(nèi)的院所完全開(kāi)放，也在積極主動(dòng)地去尋求國(guó)際上經(jīng)驗(yàn)最豐富的聚變機(jī)構(gòu)，達(dá)成合作。我們和西南物理研究院合作，他們?yōu)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)相關(guān)的中性束加熱設(shè)備。我們與中國(guó)工程物理研究院合作，研制關(guān)鍵回旋管，短時(shí)間內(nèi)解決了大功率中性束微波加熱的限制問(wèn)題，提高實(shí)驗(yàn)水平。
李未來(lái)主編：張?jiān)?/p>
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