群雄逐鹿,草根主導
1950年代以來,蘇聯(lián)和美國的政府項目都重點研究托卡馬克,它形似甜甜圈,用磁場箍束幾千萬攝氏度的等離子體。
ITER建成前,英國牛津的JET是最大的托卡馬克裝置。1997年,JET用2.5萬千瓦的輸入功率,輸出了1.6萬千瓦的聚變能,曾鼓舞了科學家建造ITER。
1985年,歐洲、日本、美國和蘇聯(lián)提議共建ITER計劃。2007年,歐盟、中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國開始合作ITER計劃,在法國南部建造一臺托卡馬克裝置,擁有800多立方米的等離子體腔,磁體重量與一架波音747飛機相當。預計ITER建成后,能產(chǎn)生500兆瓦電力,大約相當于現(xiàn)在的大型核裂變反應堆。該項目前十年執(zhí)行拖沓,成本超出預算。
很多人認為大型裝置的建造時間長,造價貴,商業(yè)化進程不如人意。各國政府主導的核聚變進程讓民間高手看不慣了,等不住了,這幾年,紛紛踏入核反應圈。
與官方裝置相比,民間裝置小而便宜。如應用聚變系統(tǒng)公司建造的兩座反應堆主半徑只有1.1米,每個價值5200萬美元。而ITER造價高達150億美元。應用聚變公司使用3D打印制造小型、緊湊、可裝在航天器上的聚變反應堆,這有利于成本和迭代速度。
互聯(lián)網(wǎng)公司的介入也讓一些企業(yè)獲得了更多關注。2011年,加拿大的通用聚變公司得到亞馬遜總裁貝佐斯資助,加拿大石油公司Cenovus也支持他們。去年該公司與微軟合作,用超算分析實驗結果,加速研究。
三阿爾法能源公司獲得微軟聯(lián)合創(chuàng)始人艾倫資助,從俄羅斯國有企業(yè)Rusnano等處融到上億美元資金,還得到谷歌的支持,研發(fā)加快等離子體實驗的算法。
有人指出,根據(jù)如今的超級計算機模擬,等離子體湍流有別的應對,小反應堆也可行。而基于1997年設計的ITER為了應對湍流,造得過大了。
而像英國托卡馬克能源公司這樣的黑馬,更是拿出了時間表。“可控核聚變將在未來幾年內成為現(xiàn)實,而非數(shù)十年后!痹摴臼紫瘓(zhí)行官金漢姆說,他們計劃2025年研發(fā)出首個新式小型核反應堆,2030年向電網(wǎng)輸電。他們的高溫超導體小型裝置只有幾米寬,有利于批量生產(chǎn)。英國政府也資助了這一項目。
路線待定,中企投資大
中國在核聚變研究領域實力不凡。去年,位于合肥的先進實驗超導托卡馬克(EAST)實現(xiàn)電子溫度5000萬攝氏度、持續(xù)時間101秒的穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束等離子體運行,創(chuàng)造了新的世界紀錄。不過之前還沒有中國民營企業(yè)主導的實驗裝置。
而新奧宣布研發(fā)核聚變,是在新奧能源研究院、中國物理學會等離子體物理分會和中國核學會核聚變與等離子體物理學會舉辦的“緊湊型聚變技術研討會”上。參會的中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心羅德隆主任告訴科技日報記者,中國的EAST和國際共建的ITER實驗堆,都有中國企業(yè)參與制造,但能源企業(yè)研發(fā)核聚變裝置在中國還是首次,這有利于吸引社會力量參與。
國家“^****”專家、新奧集團執(zhí)行副總裁兼技術委員會主席朱振旗博士說,新奧近十年在清潔能源技術領域銳意創(chuàng)新,已經(jīng)在煤基低碳能源、泛能網(wǎng)等方面領先國際。小型聚變是邁向無碳能源的顛覆性技術創(chuàng)新,符合能源發(fā)展趨勢與社會可持續(xù)發(fā)展要求。
羅德隆和朱振旗都表示,新奧探索的是緊湊型聚變裝置,與EAST、ITER和未來的CFETR(中國聚變工程實驗堆)不一樣。朱振旗說,新奧的聚變裝置將是分布式供能——不僅發(fā)電,還要利用放出的熱量。
新奧將用大約兩年時間確定技術路線。朱振旗表示,爭取用十年時間實現(xiàn)技術突破,并在其后開展示范工作,每年需要投入資金數(shù)億元。為鼓勵國內外青年英才參與,新奧將設立一個小型聚變技術的方案競賽,就現(xiàn)存問題給出創(chuàng)新和顛覆性的創(chuàng)意。參與者可獲1萬到30萬元的獎勵,最高獎金達100萬元。