Репортаж от Wedoany，Компания «Энергия Сингулярности» (Energy Singularity) из Шанхая, занимающаяся коммерциализацией термоядерной энергии, на своем полностью автономно разработанном первом в мире полностью высокотемпературном сверхпроводящем токамаке «Хунхуан 70» успешно осуществила стационарный длительный импульсный разряд плазмы продолжительностью 1337 секунд, став единственной в мире коммерческой компанией по термоядерному синтезу, достигшей тысячесекундного уровня длительных импульсов, что значительно превышает предыдущий предел работы коммерческих компаний на уровне сотен секунд. Этот прорыв не только экспериментально подтвердил инженерную осуществимость и стабильность технологии полного высокотемпературного сверхпроводимости в термоядерных установках, нажав «кнопку ускорения» для коммерциализации термоядерного синтеза, но также означает, что будущая энергетическая отрасль, которую Шанхай заранее планировал развивать, стала на шаг ближе к определенности.
Экспериментальное подтверждение осуществимости полной высокотемпературной сверхпроводящей технологии
Термоядерный синтез — это способ получения энергии, имитирующий принцип свечения и нагрева Солнца, при котором изотопы водорода объединяются при сверхвысоких температурах, высвобождая огромное количество энергии. Поскольку топливо, такое как дейтерий и тритий, можно практически неограниченно извлекать из морской воды, а продукты синтеза не являются радиоактивными, на него возлагаются надежды «вывести человечество к энергетической свободе».
Войдя в цех «Энергии Сингулярности», можно увидеть, как сотрудники проводят обновление и наладку токамака. Внутри этой установки топливо нагревается и превращается в сгусток заряженной высокотемпературной плазмы, которая под действием высокой температуры и магнитного поля подвергается термоядерному синтезу, высвобождая огромную энергию.
Выдержать такие экстремальные условия эксплуатации означает предъявление чрезвычайно высоких требований к материалам установки. Сверхпроводящие материалы — это материалы, сопротивление которых становится нулевым при сверхнизких температурах и которые обладают полной диамагнитностью. Как сообщили журналистам, в мире построено более сотни токамаков, но в настоящее время работают всего четыре полностью сверхпроводящих установки, три из которых используют сверхпроводящие материалы предыдущего поколения (низкотемпературные). Автономно разработанный «Энергией Сингулярности» «Хунхуан 70» является единственным токамаком, построенным с использованием полностью высокотемпературных сверхпроводящих материалов.
Для низкотемпературных сверхпроводящих токамаков в мире уже накоплен 20-летний опыт разработки, технология относительно зрелая, но установки имеют огромные размеры. По сравнению с ними, высокотемпературные сверхпроводящие материалы обладают преимуществами высокой критической температуры, высокого критического магнитного поля и высокой пропускной способности по току, что позволяет уменьшить объем термоядерного реактора до нескольких десятков раз по сравнению с традиционными реакторами, значительно ускоряя процесс коммерциализации термоядерной энергии.
Внутри «Хунхуан 70» расположены катушки, изготовленные из высокотемпературных сверхпроводящих материалов, которые после подачи тока образуют сильное и стабильное магнитное поле, подобное невидимой «магнитной клетке», надежно удерживающей термоядерное топливо в центре вакуумной камеры и предотвращающей контакт сверхвысокотемпературного вещества со стенками установки.
До этого в отрасли всегда существовали сомнения относительно высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Осуществление «Хунхуан 70» длительного импульсного разряда на уровне тысяч секунд не только доказывает, что высокотемпературные сверхпроводящие материалы могут быть успешно применены в инженерном строительстве термоядерных установок, но и подтверждает их стабильность и надежность в экстремальных условиях. Фактически, даже среди коммерческих компаний в области термоядерного синтеза по всему миру, достигших длительного импульсного разряда более 100 секунд, таких единицы.
Укрепление фундамента для независимых инноваций
По мнению основателя и генерального директора «Энергии Сингулярности» Ян Чжао, этот прорыв является не только всесторонней проверкой возможностей всей системы компании, но и означает, что команда прошла суровое испытание на уровне тысяч секунд в области экспериментальной эксплуатации физики плазмы, надежности алгоритмов управления, а также инженерной стабильности всей установки и всех подсистем.
За этим стоит результат более чем двухлетней целевой работы команды по всему процессу и целенаправленного системного обновления. Как рассказал Ян Чжао, проект «Хунхуан 70» был официально запущен в марте 2022 года; в марте 2024 года в районе Линьган строительство токамака было завершено; в июне того же года «Хунхуан 70» осуществил первый разряд плазмы, который, хотя и длился менее секунды, подтвердил базовую осуществимость всех подсистем установки.
Для достижения длительного импульсного разряда команда немедленно приступила ко второму этапу модернизации, завершив оптимизацию и обновление трех ключевых систем: во-первых, улучшение компонентов первой стенки, устойчивых к тепловому излучению, для решения проблемы восприятия тепловой нагрузки в вакуумной среде, заложив аппаратную основу для длительной работы; во-вторых, добавление системы возбуждения тока и системы нагрева для поддержания тока плазмы за счет ввода мощности, обеспечив постоянную движущую силу для длительного импульсного разряда; в-третьих, совершенствование диагностической системы и обновление алгоритмов управления, позволившие установке более точно «ощущать» состояние плазмы и максимально обеспечивать стабильность рабочего состояния.
На этой основе в марте прошлого года команда также успешно разработала высокотемпературный сверхпроводящий D-образный магнит «Цзинтянь» с самым высоким в мире магнитным полем и большими размерами. В процессе постоянного обновления и совершенствования длительность импульса «Хунхуан 70» постепенно увеличивалась с 1 секунды до 100, 300 секунд. И только в феврале этого года был достигнут прорыв — стационарный длительный импульсный разряд плазмы продолжительностью 1337 секунд.
Стоит отметить, что уровень локализации «Хунхуан 70» приближается к 96%, установка обладает полной независимой интеллектуальной собственностью, от общего проектирования установки до ключевых звеньев, таких как магниты и алгоритмы управления, все было выполнено автономно командой «Энергии Сингулярности». Что касается ключевых материалов, преимущества Шанхая и особенно района Линьган в области ядерной энергетики также способствовали «пути независимости» «Энергии Сингулярности».
Как сообщается, ключевое оборудование основной системы, такое как вакуумная камера и холодный экран для «Хунхуан 70», было предоставлено Шанхайской электротехнической ядерной группой (Shanghai Electric Nuclear Power Group), также расположенной в районе Линьган; высокопроизводительные сверхпроводящие магнитные материалы для основной магнитной системы поступили от Шанхайской компании сверхпроводящих технологий (Shanghai Superconductor Technology Co., Ltd.). Такой высокий уровень самостоятельной разработки не только устраняет риск технологической блокады из-за рубежа, но и закладывает основу для снижения коммерческих затрат в будущем.
Сотрудник отдела высоких технологий административного комитета района Линьган Хан Юн сообщил журналистам, что термоядерный синтез является одним из ключевых направлений будущей промышленности, развиваемой в Лингане. Помимо «Энергии Сингулярности», в прошлом году в Линьган также обосновалась компания «Нова Фьюжн» (Nova Fusion), использующая технологию магнитного сжатия с обращенной конфигурацией поля (FRC). В настоящее время Линьган также ведет переговоры с несколькими международными компаниями в области термоядерного синтеза, планируя привлечь больше дифференцированных технологических направлений, чтобы сформировать промышленную экосистему с параллельной разработкой по нескольким направлениям и здоровой конкуренцией. В настоящее время Линьган активно привлекает предприятия верхнего и нижнего звеньев ключевых звеньев термоядерного синтеза, таких как высокотемпературные сверхпроводящие материалы, материалы первой стенки, системы электропитания, совершенствуя полную промышленную цепочку от основных материалов и ключевых компонентов до интеграции установок. «Для Линьгана технологический прорыв и промышленная реализация коммерческого термоядерного синтеза — это не только ключевой рычаг для захвата высот в будущей энергетической гонке, но и ключевой рычаг для стимулирования модернизации высокотехнологичных промышленных цепочек, таких как высокотемпературная сверхпроводимость, точное машиностроение, управление ИИ, материалы для экстремальных сред».
Рывок к «чистому приросту энергии»
Тысячесекундный прорыв «Хунхуан 70» не преодолел всех трудностей коммерческого термоядерного синтеза. Как пояснил Ян Чжао, помимо контроля материалов, такие проблемы, как точный контроль плазмы, долгосрочная стабильная работа всей инженерной системы, тепловое управление, чистый прирост энергии, радиационно-стойкие материалы, по-прежнему являются важными препятствиями на пути коммерциализации термоядерного синтеза.
Ян Чжао отметил, что «Энергия Сингулярности» в настоящее время проводит обновление алгоритмов, модернизацию диагностического оборудования и оптимизацию внутренних компонентов для «Хунхуан 70», стремясь во второй половине года достичь результатов, превосходящих 1337 секунд. Кроме того, команда также приступит к проектированию установки следующего поколения «Хунхуан 170», строительство которой планируется завершить в 2028 году. Радиус плазмы этой установки достигнет 170 см, а объем будет более чем в два раза превышать объем «Хунхуан 70». Ее ключевой целью является достижение высокого энергетического усиления с коэффициентом Q более 2, что позволит ей стать первой в Китае установкой, достигшей этого ключевого коммерческого рубежа.
Коэффициент Q — это ключевой показатель, измеряющий энергетическое усиление термоядерной установки, то есть отношение выходной энергии установки к входной. Q=1 означает равенство выходной и входной энергии, но коммерческая ценность появляется только при Q>10.
«С точки зрения отрасли в целом, коммерческая реализация термоядерного синтеза по-прежнему должна пройти три этапа проверки: научной осуществимости, инженерной осуществимости и коммерческой осуществимости. В настоящее время направление токамаков завершило проверку научной осуществимости, и следующая ключевая задача — достижение инженерного чистого прироста энергии, а затем переход к коммерческой осуществимости», — сказал Ян Чжао.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
