中核集团8月26日发布消息称，8月25日下午，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。
近年来，核聚变技术取得重大突破的消息不断传来，此次突破也意味着核聚变距离技术成熟又近了一步。那么，人造太阳离我们还有多远呢？厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强对记者表示，虽然在技术上取得了突破，但从实验室到建设核电站的过程中充满了不确定性，核聚变离真正的商业运行还是很远。
目前，A股有多家人造太阳概念股，该消息公布后，相关概念股可能会受到关注。
(资料图)
什么是核聚变
简单来讲，核聚变反应的本质是原子核合并。以最容易实现的氘氚聚变为例，在一定条件下，一个氘核(由一个质子一个中子组成)和一个氚核(由一个质子和二个中子组成)会发生聚变核反应，生成一个氦核(二个质子和二个中子组成)，并放出一个中子。与此同时，融合时的质量损失会释放出巨大的能量。
在宇宙间，太阳就是最大的核聚变反应装置，其内核中无休无止的氢聚变成氦的过程，为地球带来了光能和热能。
在20世纪50年代，不可控的氘氚聚变反应已经实现，也就是利用原子弹提供高温高压而实现的氢弹爆炸。然而，若要将聚变时放出的巨大能量作为社会生产和人类生活的能源，则必须对剧烈的聚变核反应加以控制，这就是科学家们正在攻克的可控核聚变。
基于反应原理。核聚变具有能量密度高、原料来源广泛和安全性高几大优点。
核聚变的能量密度非常大，远远大于煤、石油和天然气等传统能源。1991年，欧洲联合环型核裂变装置成功进行了首次氘-氚受控核聚变试验，核聚变比核裂变产生的能量效应要高达600倍，比煤高1000万倍。根据国信证券测算，1克氘氚气体聚变产生的能量约等于5克铀235裂变或18吨5500大卡煤炭燃烧所释放的能量。
而氘可以通过提取并电解海水中的重水获得，氚可以通过热中子轰击锂6原子得到，并且海洋中的氘含量可以保证人类上百亿年的能源消费。资料显示，海水中氘的含量为十万分之三，即1升海水中含有0.03克氘，这0.03克氘聚变时释放出的能量等于300升汽油燃烧的能量。据国信证券的简单测算，氘氚聚变的燃料成本非常低，约为0.0050元/kWh。
相对传统核电站所用的核裂变反应，核聚变是真正的清洁能源，其安全性不取决于人的管理。从物理规律来看，核聚变不会产生放射性废物，聚变反应也可通过停止燃料供应来中断，不存在熔毁风险。
然而，核聚变反应的条件十分苛刻。首先，原子核聚合需要上亿度的反应温度。在高温下，反应原料会变成等离子体状态，即带正电的离子和带负电的电子混合在一起的状态。因此，还需要容纳反应原料并约束等离子体的装置。
目前，磁约束是主要的研究方向，托卡马克装置（俄语“磁线圈环形真空室”的缩写）成熟度较高。根据聚变堆约束等离子体的方式可将可控核聚变分为磁约束、惯性约束和重力约束，目前以能源为目的的研究主要聚焦于磁约束方向。作为磁约束的典型装置，环形托卡马克被认为是最有可能实现可控核聚变的装置。此外，球型托卡马克主要用于基础物理研究。
据了解，核聚变功率的提升与磁约束性能、中心磁场强度和装置圆环半径有关。除此之外，高温超导材料、AI均能助力核聚变功率提升。
目前世界规模最大的试验堆是多国合作的ITER项目，最新预期2029年完工。我国最主要的两个聚变试验堆分别是HL-2M（中国环流器二号M）和EAST（全超导托卡马克核聚变实验装置），已取得1MA等离子体电流、1亿度等离子体温度和1000秒等离子体约束时间等多项成果。此外，CFETR（中国聚变工程实验堆）项目正在建设，其中二期项目规划达到1GW功率，能量增益因子达到10，预计2035年建成。
国家能源安全关键科技变量
可控核聚变是我国核能发展“热堆—快堆—聚变堆”三步走战略体系的重要组成部分，是解决国家能源需求、助推“双碳”目标实现、促进能源新体系构建和保障国家能源安全的关键科技变量。
为实现聚变能源，需要提升等离子体综合参数至聚变点火条件。磁约束核聚变中的高约束模式（H模）是一种典型的先进运行模式，被选为正在建造的国际热核聚变试验堆（ITER）的标准运行模式，能够有效提升等离子体整体约束性能，提升未来聚变堆的经济性，相较于普通的运行模式，其等离子体综合参数可提升数倍。
在实现百万安培等离子体电流高约束模式运行的基础上，新一代人造太阳“中国环流三号”团队，将进一步发展高功率加热和电流驱动、等离子体先进运行控制等核心技术，实现堆芯级等离子体运行，研究前沿聚变物理，为我国开展聚变燃烧实验、自主建造聚变堆奠定基础。
图片来源：中核集团
从1984年至今，中国环流器装置已历经三代。资料显示，2020年12月4日，由核工业西南物理研究院自主设计、建造的中国环流三号装置建成并实现首次放电。一小杯氢核燃料可以满足一座住宅几百年的电力需求。
理论上来说，需要将材料加热到上亿度并且维持一个巨大的磁场需要消耗巨大能量。只有在核聚变产生的能量大于消耗的能量时，也就是能量增益因子Q大于1时，核聚变才能自发的进行下去，即完成点火，才有额外的能量可以转化为电能，真正具有实用价值。
根据国际原子能机构数据，在过去50年的聚变实验中，聚变装置的性能已提高了10万倍，但要达到发电厂所需的性能水平，还需要进一步提高。ITER的目标之一是最终产生并保持Q值为5，Q值为5代表等离子体自行维持核聚变反应的临界阈值。
换句话说，即使在实验室中，现有技术也还未达到发电条件。
厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强对记者表示，技术上的突破确实很重要，但从实验室、现实试验、设计电站到建设电站，每一步都需要很久。以中国现有的两个第三代核电站为例，在技术成熟、设计图纸完善、只需建设并发电的情况下，也建设了将近十年。在这期间，德国核电已随着最后三座核电站停止运行，于今年4月15日起归零。
时间长、风险大、成本未知，这是核聚变发电的现实问题，但这不意味着核电没有成功的可能。林伯强表示，如若成功建成，核聚变电站将成为我国第四代或第五代核电站，成为能源体系中的重要一员。
相关概念股或受关注
中金公司日前的研报显示，全球范围内从事商业化聚变堆探索的企业数量已经达到43家，吸引到风投投资金额不断攀升。截至2023年初，全球聚变公司累计吸引超过 60 亿美元投资。国内包括能量奇点、星环聚能等初创公司同样开启了我国商业化聚变堆的尝试，并且成功获取风险资本投资。机构认为相关投资有望快速转化为对上游的采购订单，从而拉动聚变产业链需求放量。
国信证券研报指出，聚变产业链覆盖广，投资机会比较丰富。聚变产业链上游覆盖有色金属(钨、铜等)、特种钢材、特种气体(氘、氚)等原料供应;中游覆盖聚变技术研发、装备制造(第一壁、偏滤器、蒸汽发生器、超导磁线圈等组件)及仿真、控制软件的开发;下游覆盖聚变机组的运营。聚变产业链覆盖范围较广，存在较多优质投资机会。
从市场来看，国机重装、东方电气、中国核建、太钢不锈、上海电气、久立特材、安泰科技、保变电气和西部超导等核聚变概念股或会受到关注。其中，久立特材是ITER中国工作组导体铠甲供货商，安泰科技是EAST大科学工程装置兼ITER钨铜复合部件供应商。不过核聚变相关上市公司，很多家只是概念股，存在不确定的发展和炒作风险。
作为面向国家重大需求的前沿颠覆性技术，可控核聚变具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势，是目前已知的能够最终解决人类能源问题的重要途径之一。技术的突破带给人希望，路途虽远，行则将至，也许小型核聚变电站的建设运行未来将会实现。
（文章来源：华夏时报）
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