王雁：新奧球形環(huán)氫硼聚變路線規(guī)劃

新奧能源研究院國(guó)際生態(tài)合作部主任 王雁：非常榮幸今天能夠代表新奧能源研究院介紹一下新奧的“球形環(huán)氫硼聚變路線規(guī)劃”。新奧聚焦于未來(lái)能源的發(fā)展需求，從清潔、低成本和燃料易得的角度，對(duì)聚變技術(shù)研發(fā)路線進(jìn)行了規(guī)劃和選擇。聚變的技術(shù)路線有很多種，從宏觀上要進(jìn)行兩種選擇，一個(gè)是燃料的選擇，另一個(gè)是實(shí)現(xiàn)方式的選擇。在燃料方面，當(dāng)前最常見(jiàn)的是以氘氚為燃料，此外還有氘氘、氘氦3、氫硼等。實(shí)現(xiàn)方式方面主要分為磁約束、慣性約束、磁慣性約束結(jié)合等。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外幾十套裝置分別選擇了不同的燃料與實(shí)現(xiàn)方式的組合，各具優(yōu)勢(shì)，進(jìn)展也各不相同。

新奧選擇氫硼為燃料主要是解決清潔和燃料易得的問(wèn)題。我們分析了這四種燃料的特點(diǎn)，最主流的氘氚燃料，其最大的優(yōu)勢(shì)是最容易發(fā)生聚變反應(yīng)，而且從理論上來(lái)說(shuō)不存在資源受限的問(wèn)題。但是氘氚的制備技術(shù)現(xiàn)在還不夠成熟，同時(shí)氘氚使用受到嚴(yán)格的把控，而且氘氚反應(yīng)還會(huì)產(chǎn)生大量的中子輻射，因此從清潔和燃料易得的角度，氘氚并不是最佳選擇。氘氘和氘氦3與氘氚類似，不可避免地會(huì)產(chǎn)生中子輻射，同時(shí)燃料獲取受限。氫和硼儲(chǔ)備量大，氫硼反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生中子，以氫硼為燃料既清潔，又儲(chǔ)備豐沛易獲得。

但為什么現(xiàn)在大多數(shù)聚變裝置都選擇氘氚而不是氫硼呢?因?yàn)闅渑鹁圩兊姆磻?yīng)條件非?？量?。根據(jù)熱平衡勞森判據(jù)判斷聚變反應(yīng)條件，氘氚最容易，氫硼最難。僅從達(dá)到溫度的角度，氘氚大概在1億度左右可以達(dá)到聚變反應(yīng)條件，而氫硼要到10億度的量級(jí)才能夠發(fā)生反應(yīng)。但是我們通過(guò)一些研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)降低輻射損失或提高氫硼反應(yīng)率，我們有望把氫硼聚變的點(diǎn)火條件的溫度降低在5億度左右。美國(guó)和日本目前都已經(jīng)通過(guò)中性束加熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將等離子體溫度加熱到5億度，而且去年，日本進(jìn)一步在5億度的溫度下成功地探測(cè)到了氫硼聚變反應(yīng)的發(fā)生。這個(gè)實(shí)驗(yàn)告訴我們，我們可以實(shí)現(xiàn)5億度的加熱溫度，而且，在5億度的時(shí)候氫硼聚變反應(yīng)也確實(shí)發(fā)生了。

因此，回到燃料的話題，選擇氫硼作為燃料，雖然聚變反應(yīng)條件更為苛刻，但技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，進(jìn)行氫硼聚變研究的也并不只是新奧一家，國(guó)外也有好幾家企業(yè)在進(jìn)行氫硼聚變商業(yè)化的研究工作。

在選擇氫硼為燃料后，還要選擇適合的約束方式和裝置。我們選擇的是球形環(huán)裝置。球形環(huán)和托卡馬克相比的最大優(yōu)勢(shì)是高比壓。比壓的概念是我們把等離子體約束到一個(gè)球體以后，等離子體的壓強(qiáng)和磁場(chǎng)的比值。聚變反應(yīng)是要在極高溫和極高壓下發(fā)生的，要達(dá)到極高的壓強(qiáng)，就需要很大的磁場(chǎng)。高的比壓可以降低對(duì)磁場(chǎng)的要求，而且球形環(huán)的體積更小，加熱溫度也更容易實(shí)現(xiàn)。所以我們最終選擇了球形環(huán)+氫硼聚變的技術(shù)路線。

去年我們系統(tǒng)地分析了各種燃料和約束裝置的情況，發(fā)表了一本《聚變點(diǎn)火原理概述》的書，得到了業(yè)界專家的好評(píng)。今年我們將“球形環(huán)氫硼聚變路線”進(jìn)行了闡述，經(jīng)過(guò)國(guó)際同行評(píng)議后，已在聚變界的主流期刊上進(jìn)行了發(fā)表。

從未來(lái)能源的最終形式出發(fā)，我們也梳理了聚變電廠的設(shè)計(jì)方案，從氫硼燃料站到電源控制等附屬?gòu)S房，再到反應(yīng)堆廠房，產(chǎn)生的電能輸送到電網(wǎng)，進(jìn)行了全流程的梳理，以落地執(zhí)行為最終目標(biāo)對(duì)整體涉及到的核心的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了拆解和系統(tǒng)的規(guī)劃與布局。

歸納一下前面所說(shuō)的內(nèi)容。我們選擇氫硼球形環(huán)技術(shù)路線，雖然氫硼反應(yīng)最難，但是國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展已經(jīng)成功降低了它的反應(yīng)條件，所需的加熱要求可以通過(guò)中性束加熱實(shí)現(xiàn)，球形環(huán)裝置的選擇也使得等離子體可以在較低的磁場(chǎng)下達(dá)到更高的壓強(qiáng)，而這個(gè)較低的磁場(chǎng)當(dāng)前的技術(shù)已經(jīng)可以滿足要求。在人工智能的加持下，我們認(rèn)為，氫硼聚變可以在十年到二十年之內(nèi)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性的突破。

我們以實(shí)現(xiàn)氫硼聚變發(fā)電為目標(biāo)制定了商業(yè)化路線規(guī)劃，通過(guò)一代代裝置的迭代，逐步提高裝置的參數(shù)，最終計(jì)劃在2035年開(kāi)始?xì)渑鹁圩儼l(fā)電商業(yè)示范堆的建設(shè)工作。

左圖為我們的第一代裝置玄龍50，這個(gè)裝置從2018年開(kāi)始設(shè)計(jì)，用了10個(gè)月時(shí)間建成，并于2019年8月實(shí)現(xiàn)了等離子體的放電。去年7月這個(gè)裝置已經(jīng)完成了它的使命。去年12月在玄龍50的基礎(chǔ)上，我們升級(jí)建成了第二代裝置玄龍50U，并在今年1月也實(shí)現(xiàn)了等離子體的放電。對(duì)于下一代裝置“和龍2”號(hào)，我們已經(jīng)完成了它的物理和工程設(shè)計(jì)。和龍2號(hào)建成之后將是全球參數(shù)最高的球形環(huán)裝置。

快速介紹一下當(dāng)前的技術(shù)成果。物理試驗(yàn)方面我們目前高密度電流達(dá)到了500千安，我們也正在通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證獲取氫硼反應(yīng)增益的可靠的依據(jù)。在高溫超導(dǎo)磁體線圈方面我們研制了第一代高溫超導(dǎo)模型線圈，驗(yàn)證了無(wú)絕緣高溫超導(dǎo)磁體的技術(shù)路線可行性。在人工智能技術(shù)方面我們也進(jìn)行了一系列的部署。以上這些技術(shù)基本都是按照我們的規(guī)劃在推進(jìn)。

聚變是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而氫硼與氘氚雖然燃料不同，但在基礎(chǔ)研究方面有很多相通的技術(shù)，所以我們秉承著“人有我用”的理念，與國(guó)內(nèi)外的多家機(jī)構(gòu)開(kāi)展合作，支持技術(shù)獲得突破。我們更希望外部的生態(tài)資源能夠幫助我們啟發(fā)更多的靈感，所以我們會(huì)共享數(shù)據(jù)，鼓勵(lì)合作伙伴用我們的數(shù)據(jù)來(lái)開(kāi)展課題研究，我們也會(huì)開(kāi)放試驗(yàn)平臺(tái)，并在全球發(fā)布技術(shù)難題，在一些專業(yè)對(duì)口的高校，我們也設(shè)立了獎(jiǎng)學(xué)金和獎(jiǎng)教金，為了鼓勵(lì)聚變專業(yè)的老師和學(xué)生能夠堅(jiān)持在這個(gè)領(lǐng)域，熱愛(ài)這個(gè)領(lǐng)域。

最后，還是希望大家能團(tuán)結(jié)在一起，不管是氫硼還是氘氚，都需要大家來(lái)共同努力，為了聚變事業(yè)貢獻(xiàn)力量，集智創(chuàng)新。用我所能，善待明天。

謝謝大家。