王雁：新奧球形環(huán)氫硼聚變路線(xiàn)規劃

新奧能源研究院國際生態(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(xiàn)規劃”。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，對聚變技術(shù)研發(fā)路線(xiàn)進(jìn)行了規劃和選擇。聚變的技術(shù)路線(xiàn)有很多種，從宏觀(guān)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)現方式的選擇。在燃料方面，當前最常見(jiàn)的是以氘氚為燃料，此外還有氘氘、氘氦3、氫硼等。實(shí)現方式方面主要分為磁約束、慣性約束、磁慣性約束結合等。當前國內外幾十套裝置分別選擇了不同的燃料與實(shí)現方式的組合，各具優(yōu)勢，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)勢是最容易發(fā)生聚變反應，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)現在還不夠成熟，同時(shí)氘氚使用受到嚴格的把控，而且氘氚反應還會(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(lèi)似，不可避免地會(huì )產(chǎn)生中子輻射，同時(shí)燃料獲取受限。氫和硼儲備量大，氫硼反應不會(huì )產(chǎn)生中子，以氫硼為燃料既清潔，又儲備豐沛易獲得。

但為什么現在大多數聚變裝置都選擇氘氚而不是氫硼呢?因為氫硼聚變的反應條件非?？量?。根據熱平衡勞森判據判斷聚變反應條件，氘氚最容易，氫硼最難。僅從達到溫度的角度，氘氚大概在1億度左右可以達到聚變反應條件，而氫硼要到10億度的量級才能夠發(fā)生反應。但是我們通過(guò)一些研究發(fā)現，通過(guò)降低輻射損失或提高氫硼反應率，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。美國和日本目前都已經(jīng)通過(guò)中性束加熱技術(shù)實(shí)現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到了氫硼聚變反應的發(fā)生。這個(gè)實(shí)驗告訴我們，我們可以實(shí)現5億度的加熱溫度，而且，在5億度的時(shí)候氫硼聚變反應也確實(shí)發(fā)生了。

因此，回到燃料的話(huà)題，選擇氫硼作為燃料，雖然聚變反應條件更為苛刻，但技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以實(shí)現。同時(shí)，進(jìn)行氫硼聚變研究的也并不只是新奧一家，國外也有好幾家企業(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，等離子體的壓強和磁場(chǎng)的比值。聚變反應是要在極高溫和極高壓下發(fā)生的，要達到極高的壓強，就需要很大的磁場(chǎng)。高的比壓可以降低對磁場(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。所以我們最終選擇了球形環(huán)+氫硼聚變的技術(shù)路線(xiàn)。

去年我們系統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(shū)，得到了業(yè)界專(zhuān)家的好評。今年我們將“球形環(huán)氫硼聚變路線(xiàn)”進(jìn)行了闡述，經(jīng)過(guò)國際同行評議后，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(chǎng)的設計方案，從氫硼燃料站到電源控制等附屬廠(chǎng)房，再到反應堆廠(chǎng)房，產(chǎn)生的電能輸送到電網(wǎng)，進(jìn)行了全流程的梳理，以落地執行為最終目標對整體涉及到的核心的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了拆解和系統的規劃與布局。

歸納一下前面所說(shuō)的內容。我們選擇氫硼球形環(huán)技術(shù)路線(xiàn)，雖然氫硼反應最難，但是國內外的研究進(jìn)展已經(jīng)成功降低了它的反應條件，所需的加熱要求可以通過(guò)中性束加熱實(shí)現，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)下達到更高的壓強，而這個(gè)較低的磁場(chǎng)當前的技術(shù)已經(jīng)可以滿(mǎn)足要求。在人工智能的加持下，我們認為，氫硼聚變可以在十年到二十年之內實(shí)現關(guān)鍵性的突破。

我們以實(shí)現氫硼聚變發(fā)電為目標制定了商業(yè)化路線(xiàn)規劃，通過(guò)一代代裝置的迭代，逐步提高裝置的參數，最終計劃在2035年開(kāi)始氫硼聚變發(fā)電商業(yè)示范堆的建設工作。

左圖為我們的第一代裝置玄龍50，這個(gè)裝置從2018年開(kāi)始設計，用了10個(gè)月時(shí)間建成，并于2019年8月實(shí)現了等離子體的放電。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的基礎上，我們升級建成了第二代裝置玄龍50U，并在今年1月也實(shí)現了等離子體的放電。對于下一代裝置“和龍2”號，我們已經(jīng)完成了它的物理和工程設計。和龍2號建成之后將是全球參數最高的球形環(huán)裝置。

快速介紹一下當前的技術(shù)成果。物理試驗方面我們目前高密度電流達到了500千安，我們也正在通過(guò)試驗驗證獲取氫硼反應增益的可靠的依據。在高溫超導磁體線(xiàn)圈方面我們研制了第一代高溫超導模型線(xiàn)圈，驗證了無(wú)絕緣高溫超導磁體的技術(shù)路線(xiàn)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劃在推進(jìn)。

聚變是一個(gè)比較復雜的系統工程，而氫硼與氘氚雖然燃料不同，但在基礎研究方面有很多相通的技術(shù)，所以我們秉承著(zhù)“人有我用”的理念，與國內外的多家機構開(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 )共享數據，鼓勵合作伙伴用我們的數據來(lái)開(kāi)展課題研究，我們也會(huì )開(kāi)放試驗平臺，并在全球發(fā)布技術(shù)難題，在一些專(zhuān)業(yè)對口的高校，我們也設立了獎學(xué)金和獎教金，為了鼓勵聚變專(zhuān)業(yè)的老師和學(xué)生能夠堅持在這個(gè)領(lǐng)域，熱愛(ài)這個(gè)領(lǐng)域。

最后，還是希望大家能團結在一起，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)貢獻力量，集智創(chuàng )新。用我所能，善待明天。

謝謝大家。