作為我國未來能源發(fā)展的重要方向，核聚變技術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)應用及技術開發(fā)的創(chuàng)新型企業(yè)，近期在高溫超導磁體、重復重聯(lián)運行方式和非感應啟動等關鍵聚變工程和物理領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)聚能與清華大學合作，針對未來聚變堆的需求，采用上海超導科技股份有限公司的高溫超導帶材，星環(huán)聚能成功研制了D形高溫超導磁體原理樣機，磁體內最高場強達18T，為目前國內公開報道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計奠定了堅實的基礎。磁體的成功代表著星環(huán)聚能高溫超導團隊在磁體技術上的快速進步，在短短半年內，完成了原理設計、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)化磁體設計和運行方案，繼續(xù)沖擊25T場強的設計目標。
星環(huán)聚能還實現(xiàn)了國際首個重復重聯(lián)技術方案的穩(wěn)定運行，在2023年11月，公司宣布實現(xiàn)國內首次通過主動雙環(huán)磁重聯(lián)加熱的啟動方式；在此基礎之上，公司本次實現(xiàn)了在一次放電周期中，連續(xù)兩次通過重復重聯(lián)的方式加熱等離子體啟動。磁重聯(lián)加熱和重復重聯(lián)的實現(xiàn)，這標志著公司與清華大學聯(lián)合建設的SUNIST-2裝置的核心運行方案已經在星環(huán)聚能徹底工程化實現(xiàn)，不論是主動磁重聯(lián)加熱還是重復重聯(lián)運行均為國內首次，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。
此外，公司自主研制的局部螺旋度注入器，憑借其緊湊的結構和優(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鍵輔助裝置。
至此，下一代聚變級裝置CTRFR-1的前期預研工程準備已經基本完成，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，公司已經開始進行CTRFR-1裝置的物理仿真，平衡計算，機械結構設計等工作。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描述
1. D形高溫超導強場磁體研制成功并通過測試
提高磁場是快速經濟地實現(xiàn)聚變能的關鍵手段之一。近期，星環(huán)聚能和清華大學合作，面向未來聚變堆的需求，成功研制了D形高溫超導磁體原理樣機。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，磁體內最高場強達18 T，滿足了星環(huán)聚能技術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磁體技術上的快速突進，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，采用了預應力加強結構和創(chuàng)新裝配工藝，電流工作點和電磁應力的設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磁體研制的核心技術，制成了領先的全高溫超導D形磁體。（感謝先進能源科學與技術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. 重復重聯(lián)技術方案實驗驗證
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)聚能通過恰當設計的電源驅動聚變裝置以類似于多沖程內燃機的模式運轉，不斷地重復磁重聯(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，結合自研的預電離微波源，通過對裝置進氣，壁面返流，感應渦流等的精細調節(jié)，星環(huán)聚能和清華大學團隊首次驗證了重復重聯(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)模和電流變化調節(jié)能力，配合多種非感應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，實現(xiàn)更高性能和更多周期的重復重聯(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)聚能和清華大學團隊研制了一組結構緊湊、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)的精細調節(jié)，星環(huán)聚能團隊通過局部螺旋度注入成功以非感應的方式啟動起近10 kA的等離子體電流，實現(xiàn)了10倍的電流倍增。
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