作為我國未來能源發(fā)展的重要方向，核聚變技術(shù)影響著我國的未來能源安全與可持續(xù)發(fā)展。星環(huán)聚能作為致力于聚變能商業(yè)應(yīng)用及技術(shù)開發(fā)的創(chuàng)新型企業(yè)，近期在高溫超導(dǎo)磁體、重復(fù)重聯(lián)運行方式和非感應(yīng)啟動等關(guān)鍵聚變工程和物理領(lǐng)域取得了一系列顯著進展。這些成果不僅為聚變裝置的高功率加熱和穩(wěn)定運行提供了堅實支撐，也標志著星環(huán)聚能在實現(xiàn)“快速經(jīng)濟地實現(xiàn)聚變能”的宏偉目標上又邁出了堅實的一步。

相比于簡單的圓截面磁體，D形磁體可更好地匹配高性能等離子體的形狀，是未來聚變堆的基本要求。星環(huán)聚能與清華大學(xué)合作，針對未來聚變堆的需求，采用上海超導(dǎo)科技股份有限公司的高溫超導(dǎo)帶材，星環(huán)聚能成功研制了D形高溫超導(dǎo)磁體原理樣機，磁體內(nèi)最高場強達18T，為目前國內(nèi)公開報道D形磁體的最高場強。18T場強能夠完全滿足球形托卡馬克裝置達到聚變條件時的環(huán)向場強要求，該磁體的成功運行為公司下一代裝置的設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。磁體的成功代表著星環(huán)聚能高溫超導(dǎo)團隊在磁體技術(shù)上的快速進步，在短短半年內(nèi)，完成了原理設(shè)計、工程制造與整體測試，再次體現(xiàn)了公司團隊高效的研發(fā)和工程能力。后續(xù)公司將繼續(xù)優(yōu)化磁體設(shè)計和運行方案，繼續(xù)沖擊25T場強的設(shè)計目標。

星環(huán)聚能還實現(xiàn)了國際首個重復(fù)重聯(lián)技術(shù)方案的穩(wěn)定運行，在2023年11月，公司宣布實現(xiàn)國內(nèi)首次通過主動雙環(huán)磁重聯(lián)加熱的啟動方式；在此基礎(chǔ)之上，公司本次實現(xiàn)了在一次放電周期中，連續(xù)兩次通過重復(fù)重聯(lián)的方式加熱等離子體啟動。磁重聯(lián)加熱和重復(fù)重聯(lián)的實現(xiàn)，這標志著公司與清華大學(xué)聯(lián)合建設(shè)的SUNIST-2裝置的核心運行方案已經(jīng)在星環(huán)聚能徹底工程化實現(xiàn)，不論是主動磁重聯(lián)加熱還是重復(fù)重聯(lián)運行均為國內(nèi)首次，同時也為下一代達到聚變條件的CTRFR-1號裝置的成功運行打下了堅實的基礎(chǔ)。

此外，公司自主研制的局部螺旋度注入器，憑借其緊湊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能，使初始等離子體的電流和磁能大幅提升。初始等離子體電流和磁能的提高，將極大的提升磁重聯(lián)加熱的效率，進而將公司重復(fù)重聯(lián)方案的加熱效率成倍提升，成為下一代裝置啟動的關(guān)鍵輔助裝置。

至此，下一代聚變級裝置CTRFR-1的前期預(yù)研工程準備已經(jīng)基本完成，在2023年，公司依次在工程上實現(xiàn)了等離子體雙環(huán)啟動、雙環(huán)等離子體磁重聯(lián)加熱、重復(fù)重聯(lián)運行以及未來裝置所需的D形環(huán)向場線圈，公司已經(jīng)開始進行CTRFR-1裝置的物理仿真，平衡計算，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等工作。未來，星環(huán)聚能將繼續(xù)秉持”敢于嘗試，共同承擔“的工作作風和”行勝于言，開拓創(chuàng)新“的企業(yè)文化，在工程研發(fā)，實驗探索和企業(yè)關(guān)懷中不斷錘煉和增強公司團隊的凝聚力和戰(zhàn)斗力。

附錄：本次重大工程進展的具體技術(shù)描述

1. D形高溫超導(dǎo)強場磁體研制成功并通過測試

提高磁場是快速經(jīng)濟地實現(xiàn)聚變能的關(guān)鍵手段之一。近期，星環(huán)聚能和清華大學(xué)合作，面向未來聚變堆的需求，成功研制了D形高溫超導(dǎo)磁體原理樣機。在首次低溫通流測試中，中心區(qū)域的場強測量值達13.5 T，磁體內(nèi)最高場強達18 T，滿足了星環(huán)聚能技術(shù)路線對磁體的基本要求。該磁體的成功代表著星環(huán)聚能團隊在高溫超導(dǎo)磁體技術(shù)上的快速突進，再次體現(xiàn)了星環(huán)聚能團隊強大的研發(fā)和工程能力。

該D形磁體由8個無絕緣雙餅線圈組成，采用了預(yù)應(yīng)力加強結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新裝配工藝，電流工作點和電磁應(yīng)力的設(shè)計值均逼近工程極限。團隊依次完成了帶材檢測、線圈繞制、磁體組裝和低溫測試工作，逐漸掌握了未來聚變堆高溫超導(dǎo)磁體研制的核心技術(shù)，制成了領(lǐng)先的全高溫超導(dǎo)D形磁體。（感謝先進能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室在磁體測試方面給予的幫助）

接下來，星環(huán)聚能團隊將針對該磁體進行更多的針對性測試，持續(xù)研發(fā)多種特殊用途的高溫超導(dǎo)磁體，推進第一餅聚變級球形托卡馬克環(huán)向磁體的工程進展。

2. 重復(fù)重聯(lián)技術(shù)方案實驗驗證

磁重聯(lián)可以高效加熱等離子體，為持續(xù)獲得聚變能，星環(huán)聚能通過恰當設(shè)計的電源驅(qū)動聚變裝置以類似于多沖程內(nèi)燃機的模式運轉(zhuǎn)，不斷地重復(fù)磁重聯(lián)，周期性地輸出聚變能。

2024年1月，基于自研的全控磁體電源，結(jié)合自研的預(yù)電離微波源，通過對裝置進氣，壁面返流，感應(yīng)渦流等的精細調(diào)節(jié)，星環(huán)聚能和清華大學(xué)團隊首次驗證了重復(fù)重聯(lián)的工程可行性。

未來，星環(huán)聚能團隊將持續(xù)升級磁體電源的儲能規(guī)模和電流變化調(diào)節(jié)能力，配合多種非感應(yīng)啟動方式和超高速進氣加料手段，優(yōu)化重聯(lián)前后等離子體位形控制，在一次放電過程內(nèi)，實現(xiàn)更高性能和更多周期的重復(fù)重聯(lián)。

3. 高效等離子體啟動

為了更有效地利用裝置磁體的能力，提高歐姆放電和磁重聯(lián)加熱的等離子體性能，星環(huán)聚能和清華大學(xué)團隊研制了一組結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越的局部螺旋度注入器。利用安裝于裝置底部的等離子體槍，配合位于裝置頂部的引出電極，通過對進氣量，引出電壓和磁力線形態(tài)的精細調(diào)節(jié)，星環(huán)聚能團隊通過局部螺旋度注入成功以非感應(yīng)的方式啟動起近10 kA的等離子體電流，實現(xiàn)了10倍的電流倍增。