21.7特斯拉!能量奇点创高温超导磁体新纪录

· 技术突破

近一年来,能量奇点能源科技(上海)有限公司在高温超导托卡马克技术领域屡获突破,成为全球聚变能源商业化进程中备受瞩目的力量。我们也曾多次报道该公司在技术研发和装置建设方面的重大进展。

2025年3月10日,该公司宣布在高温超导磁体领域又取得重大突破。其自主研制的大孔径强场磁体——经天磁体成功完成了首轮通流实验,产生了高达21.7特斯拉的磁场,创下大孔径高温超导D形磁体的最高磁场纪录。这一成就超越了美国麻省理工学院和CFS公司联合研制的SPARC TFMC磁体在2021年创造的20.1特斯拉纪录,标志着能量奇点在高温超导聚变磁体领域达到国际领先水平。

经天磁体成功励磁至21.7特斯拉 图片来源于能量奇点

一、能量奇点企业概述

能量奇点能源科技(上海)有限公司成立于2021年6月,是一家专注于聚变能源商业化的高科技公司。公司以“加速实现人类能源自由”为使命,致力于通过高温超导托卡马克技术推动可控核聚变的商业化应用,为全球能源转型提供创新解决方案。

公司秉持“极致效率、实事求是”的价值观,在高温超导托卡马克领域不断取得突破。2024年6月,能量奇点成功研发了全球首台全高温超导托卡马克装置——洪荒70,并获得第一等离子体,标志着其成为全球首个建成运行全高温超导托卡马克的团队和商业公司。

能量奇点的研发团队由来自全球顶尖高校和科研机构的专业人才组成,其法定代表人杨钊毕业于北京大学物理系,并在斯坦福大学获得物理学博士学位,研究方向涵盖量子引力与量子信息交叉以及人工智能与张量网络交叉。

公司已获得包括米哈游和蔚来资本在内的多家知名机构的投资支持,这为其在聚变能领域的研发提供了坚实的资金保障。能量奇点通过技术创新和高效的工程实践,致力于降低聚变装置的建造成本,提升其经济性和可行性,推动聚变能源早日实现商业化应用。

、经天磁体:技术细节与突破

天磁体是继洪荒70之后的第二个关键里程碑,它在磁场强度、工程电流密度等方面均超越了此前最先进的大孔径高温超导D形磁体,使能量奇点站在了先进磁体技术和聚变能源商业化发展的最前沿。

从左至右:单饼线圈、32饼堆叠绕组、绕组入盒后与团队合影,图片来源于能量奇点

经天磁体长约3米,宽约1.4米,总重约7.5吨。其绕组由32件单饼线圈堆叠而成,中心孔面积约0.5平方米。在首轮实验中,经天磁体通过高温超导电流引线通入了24300安培(单匝)的电流,总安匝数达到926万安匝,绕组工程电流密度达到1.57亿安培每平方米。

三、下一代产品HH170:洪荒170的介绍

能量奇点计划于2027年完成下一代强磁场高温超导托卡马克装置——洪荒170的建设。其目标是以实现氘氚等效能量增益(Q)大于10为目标,这将使其成为全球尺寸最小、成本最低的能够实现10倍能量增益的托卡马克装置。

而经天磁体的核心使命是为能量奇点下一代高性能托卡马克装置——洪荒170所需的环向场(TF)磁体进行关键技术与制造工艺的研发和验证。其磁场强度相当于洪荒170共18个TF磁体成环后叠加产生的最高磁场强度,其线性尺寸超过洪荒170 TF磁体的50%,并成功应对了电磁力载荷导致的高达950兆帕的应力。能量奇点希望通过洪荒170的建设,积累高Q值、长脉冲的运行结果,为2030年至2035年间建成基于‘洪荒380’的示范性聚变发电站奠定基础。经天磁体的成功,标志着洪荒170项目预研取得关键进展,加速了聚变能商业化所需的大尺寸强场磁体技术突破。

经天磁体及其运行测试系统  图片来源于能量奇点

托卡马克装置的性能在很大程度上取决于约束磁场的强度。根据聚变学术界广泛认可的IPB98(y,2)定标率推算,聚变能量增益倍数的关键物理量——聚变三乘积与托卡马克等离子体大半径的2.5次方和磁场的3.5次方成正比。传统技术路线依赖于增大装置尺寸来提高能量增益,而高温超导磁体技术则提供了新的可能性。将磁场强度提升1倍,意味着可以在保持能量增益倍数不变的前提下,将装置的线性尺寸缩小至1/3,体积缩小至1/30。这不仅大幅降低了建造可实现净能量增益的高参数托卡马克装置的成本和时间,还加速了聚变能源的商业化进程。掌握大孔径(米级别)、强磁场(20+特斯拉)高温超导磁体的设计技术和制造工艺,对研发具有商业性价比的高参数聚变装置具有决定性意义。

四、聚变燃料的可持续性

可控核聚变被誉为“无限能源”。聚变能源商业化的实现不仅需要大幅降低聚变装置的建造成本,还需要确保聚变燃料丰富、廉价且易于获取。在几种最容易发生聚变反应的同位素中,氘元素恰好满足这些条件,而氚和氦-3在地球上极为稀少。氚自持所面临的技术挑战和高昂成本(锂-6)可能使具有商业性价比的氘-氚聚变发电难以实现。相比之下,氘-氘聚变代表着真正近乎无限的清洁能源。然而,氘-氘聚变堆需要达到的三乘积预计比氘-氚聚变堆高20倍,这将对约束磁场提出更高要求。经天磁体的成功,为进一步研发适合未来氘-氘聚变堆的强场磁体奠定了坚实基础。

总之,能量奇点能源科技(上海)有限公司在过去一年中取得的连续技术突破,不仅展示了其在高温超导托卡马克领域的强大研发实力,也为全球聚变能源的商业化发展注入了新的动力。从洪荒70的成功放电到经天磁体的纪录突破,再到洪荒170的规划推进,我们期待能量奇点在未来继续发展聚变能源技术,为能源转型贡献更多创新力量,助力人类早日迎来可控核聚变的商业化时代。

参考链接:

  • https://mp.weixin.qq.com/s/-LbJ3LnMk_medh1reXJYeA