记者从临港新片区了解到，近期，上海核聚变能源商业公司能量奇点自主研发的全球首台全高温超导托卡马克装置“洪荒70”，成功实现1337秒稳态长脉冲等离子体运行，成为全球唯一实现千秒级长脉冲运行的商业核聚变企业，远超此前商业公司百秒级的运行上限。这一突破不仅实证了全高温超导技术路线在聚变装置上的工程可行性与稳定性，为核聚变商业化落地按下“加速键”，更意味着，上海提前布局的未来能源产业，距离确定性更近一步。
实证全高温超导路线可行性
核聚变是模仿太阳发光发热原理，让氢的同位素在超高温下聚合释放巨大能量的能源方式。因其燃料氘、氚等可从海水中无限提取，聚变产物又不带放射性，被寄予“带领人类进入能源自由”的期待。
走进能量奇点的厂房，工作人员正对着托卡马克装置更新调试。在这套装置内，燃料将被加热变成一团带电的高温等离子体，在高温与磁场约束下发生核聚变，释放巨大能量。
全高温超导托卡马克装置“洪荒70”。孟雨涵 摄
要经得住如此恶劣的工况，意味着对装置材料的极高要求。超导材料，是指在极低温下电阻变零且具备完全抗磁性的材料。记者了解到，全球已建成超过百台托卡马克装置，但目前正运行的全超导装置仅四台，其中三台使用的是上一代低温超导材料。能量奇点自主研制的“洪荒70”，是其中唯一一台使用全高温超导材质建造的托卡马克。
对低温超导托卡马克，全球已有20年研发经验，工艺相对成熟，但装置体型巨大。与之相比，高温超导材料具有高临界温度、高临界磁场、高载流能力等优势，可将聚变堆的体积缩小到传统聚变堆的几十分之一，使聚变能源的商用进程大幅提速。
“洪荒70”的内部布满高温超导材料制成的线圈，通电后将形成强大、稳定的磁场，像一个无形的“磁笼”，把聚变燃料牢牢约束在真空腔体中央，避免超高温物质接触装置内壁。
全高温超导托卡马克装置“洪荒70”内部结构横剖图。沈思怡 摄
在此之前，行业内对高温超导材料的质疑始终存在。此次“洪荒70”实现千秒级的长脉冲运行，不仅证明高温超导材料可成功应用于聚变装置的工程建设，更验证了该材料在极端环境下的稳定性与可靠性。事实上，即便放眼全球范围内核聚变领域的商业公司，实现过100秒以上的长脉冲运行也是凤毛麟角。
筑牢自主创新底座
在能量奇点创始人、CEO杨钊看来，这次突破不仅是对能量奇点全系统能力的综合检验，更意味着团队对等离子体物理的实验运行、控制算法的可靠性，以及装置整体和所有子系统的工程稳定性，均通过了千秒级的严苛考验。
这背后是团队超过两年全流程攻坚与针对性系统升级的成果。据杨钊介绍，“洪荒70”项目于2022年3月正式启动；2024年3月在临港新片区完成托卡马克装置的建设；同年6月，“洪荒70”实现首次等离子体放电，虽仅运行不到1秒，但验证了装置所有子系统的基础可行性。
为实现长脉冲运行，团队随即启动二期升级改造，完成了三大关键系统的优化升级：一是提升耐热辐射的第一壁部件，解决真空环境下的热负荷承受问题，为长时间运行筑牢硬件基础；二是新增电流驱动系统与加热系统，通过注入功率维持等离子体电流，为长脉冲运行提供持续动力；三是完善诊断系统并升级控制算法，让装置能更精准“感知”等离子体状态，尽可能保障运行状态稳定。
在此基础上，去年3月，团队还成功研制全球最高场强大尺寸高温超导D形磁体“经天磁体”。不断升级完善的过程中，“洪荒70”的脉冲时长也逐步从1秒提升至100秒、300秒。直到今年二月，突破1337秒稳态长脉冲等离子体运行。
“洪荒70”成功放电。资料图片
值得一提的是，“洪荒70”的国产化率接近96%，实现完全自主知识产权，从装置整体设计，到磁体、控制算法等核心环节，均由能量奇点团队自主完成。而在关键材料方面，核电领域的上海乃至临港优势，也为能量奇点的“自主化”路径提供助力。
据介绍，“洪荒70”的真空室、冷屏等主机系统关键设备，由同样位于临港新片区的上海电气核电集团提供；核心磁体系统的高性能超导磁体材料则来自上海超导科技股份有限公司。这种高自研率不仅突破了国外技术卡脖子风险，更为后续降低商业化成本奠定了基础。
能量奇点厂区内各种装置，几乎都是团队成员“自研手搓”。沈思怡 摄
临港新片区管委会高科处工作人员杭勇告诉记者，核聚变是临港重点发展的未来产业方向之一，除能量奇点，去年临港还落地了布局场反位形（FRC）磁压缩技术的诺瓦聚变，眼下临港还在对接多家国际核聚变企业，计划引入更多差异化技术路线，形成多路线并行研发、良性竞争的产业生态。当前，临港正重点引入高温超导材料、第一壁材料、电源系统等核聚变核心环节的上下游企业，完善从核心材料、关键零部件到装置集成的全产业链布局。“对临港而言，商业核聚变的技术突破与产业落地，不仅是抢占未来能源赛道制高点的核心抓手，还是带动高温超导、精密制造、AI控制、极端环境材料等高端产业链升级的核心抓手。”
冲刺“能量净增益”
“洪荒70”的千秒级突破，并未攻克商业核聚变的所有难点。据杨钊介绍，除了材料控制，等离子体的精准控制、全工程系统的长期稳定运行、热管理、能量净增益、耐辐照材料等问题，仍是核聚变商业化路上的重要关卡。
杨钊表示，能量奇点目前正针对“洪荒70”进行算法更新、诊断设备升级与内部件优化，争取在下半年实现比1337秒更优的结果。此外，团队还将启动下一代装置“洪荒170”的设计工作，计划2028年建成。这台装置的等离子体半径将达170厘米，其体积规模将会大于“洪荒70”的两倍，核心目标是实现Q值大于2的高能量增益，成为国内率先冲击这一商业化关键里程碑的装置。
Q值是衡量核聚变装置能量增益的核心指标，即装置输出能量与输入能量的比值，Q值等于1意味着输出与输入能量持平，但Q大于10才有商业价值。
“从行业整体来看，核聚变的商业化落地仍需经历科学可行性、工程可行性、商业可行性三轮验证，目前托卡马克路线已完成科学可行性验证，接下来的核心任务，就是实现工程化的能量净增益，再向商业可行性迈进。”杨钊说。
原标题：《上海“人造太阳”刷新纪录，核聚变突破千秒级运行，向“能源自由”迈近一步》
栏目主编：茅冠隽 题图来源：孟雨涵 摄
来源：作者：解放日报 沈思怡