作者 | 黄修眉
近年来，随着高温超导材料、人工智能等技术的突破，可控核聚变受到资本市场高度关注。
陕西星环聚能科技有限公司（下称“星环聚能”）是国内从事可控核聚变研发的顶尖团队之一。其基于高温超导球形托卡马克的重复重联可控聚变技术方案，亦被认为是最具商业化潜力的路径之一。
星环聚能成立于2021年10月，以建成我国首个商用可控聚变堆为目标，专注小型化、商业化、快速迭代的可控聚变能装置。其核心团队成员均毕业于清华大学工程物理系，从事可控核聚变研究超二十年。
《科创板日报》记者近期专访星环聚能首席科学家谭熠，以期了解该公司可控核聚变工程化验证新进展及国内可控核聚变的商业化阶段。
可控核聚变工程化验证，是一项没有任何过往经验可供参考的创新性工作。
谭熠坦言，“从理论和逻辑来看，现在各家研究所或企业采用的每一种聚变能技术路线似乎都说得过去。但到底能不能把聚变能做出来，或者说能不能通过工程化验证，则存在‘可能走不通’的风险。”
所以，开发聚变能需要建设装置并开展大量的实验验证。星环聚能和清华大学合作建设的SUNIST-2也是在清华大学工程物理系二十多年工程建设和实验研究基础上，才拥有了大量技术方案累积与实验数据支撑。
星环聚能选择的是重复重联技术路线——采用磁约束方式来管住等离子体，让其飘在真空室内但不挨着真空室内壁。同时，用磁重联的方式加热等离子体。
与其他技术路线不同的是，星环聚能的路线一改传统“长时间维持高温等离子体”的思路，而是像内燃机一样，利用短脉冲不断快速“点燃”等离子体并往复做功。
“SUNIST-2只是初步验证了磁重联方案的可行性。”谭熠表示，“星环聚能的战略规划是：2024年初步验证方案可行性，2024年至2027年建造新一代装置CTRFR-1。通过CTRFR-1来彻底验证其工程的可行性，随后便可以开始建设商业示范堆。”
截至目前，星环聚能正处于这样一个阶段：SUNIST-2初步可行性验证已经完成，下一代装置CTRFR-1的建设准备正在开展。在此阶段，该公司将快速建设一个负三角球形托卡马克NTST。
从工程和工艺角度讲，NTST的磁体制作工艺、真空室结构、低温冷却形式都与CTRFR-1非常接近。通过快速建设和运行NTST，星环聚能可以验证聚变装置相关磁体、真空、低温、电源、控制和排热等技术，为建设CTRFR-1做准备。
除了这些工程技术上的意义，该装置还有望成为全球首个原生的负三角球形托卡马克，探索其更多可能性。
谭熠表示，要真正实现可控核聚变能源安全可用，需要经过科学可行性验证、工程可行性验证、商用示范等多种阶段，直至商业示范堆成功后可以进行大规模量产与场景适配。
因此，完全工程可行性验证装置——CTRFR-1的目标十分严苛，需要将等离子体加热到1亿摄氏度，这一温度是氘氚聚变发生的反应温度。而CTRFR-1需要在这一极度高温基础上，对等离子体进行稳定约束。
“让托卡马克变得更小” “让托卡马克再次变得简单”，是星环聚能降低聚变堆成本的出发点。
在谭熠看来，由于可控核聚变研究的前沿性与巨大前景，让各个国家之间均倾向于建设更大尺寸的聚变装置，颇有“大国竞赛”的态势。
“在可控核聚变‘大国竞赛’中，国内外是平行并跑。目前拼的是谁能更好、更快，以更具性价比的方式落地。”谭熠讲解道，“中国在这方面是有优势的，我们具备完善的产业链、强大的工程落地能力，以及大量电子、机械、AI领域人才。”
不过，对星环聚能这样的商业化团队来说，如何真正实现聚变堆的商业化，才是其根本目的。谭熠称，实现低廉价格的可控核聚变发电的关键，在于通过技术进步降低实验装置的成本。
近年来，随着高温超导磁体和AI在等离子体控制中的应用，为可控核聚变装置的小型化和快速迭代提供了有力支撑，为可控核聚变的发展提供了新方向。
“星环聚能聚变堆最终的尺寸，大约为直径六米高十米左右。这种尺寸的聚变堆可以适配更丰富的使用场景。”谭熠提到，“例如：可以配置在中大型邮轮及航天飞行器上，可以成为AI数据中心的电源机房，亦或是为一座中型规模小区/社区发电等。其最终电力成本预计能低达1毛钱/度电左右。”
“既然可控核聚变电力的燃料成本几乎可以忽略不计，其发电成本绝大部分最终就来自于聚变堆的造价及其维护费用。谭熠进一步表示，“所以聚变堆的尺寸大小及其效率，才是决定可控核聚变最终商业化落地的关键。”
就星环聚能而言，其目前已建成的SUNIST-2造价在1亿元左右，制造下一代装置CTRFR-1的预算大约为10亿元。企业自身如何提升造血能力，对外如何吸引更多投资，是星环聚能未来亟待攻克的课题。
截至目前，星环聚能已获得两轮融资。
2022年6月，星环聚能获得顺为资本、中科创星、昆仑资本、远镜创投、和玉资本、九合创投等多家知名机构参与的天使轮投资；2024年3月，星环聚能完成Pre-A轮融资，由上海知识产权基金领投，华成创投、和玉资本、中科创星跟投。
在可控核聚变的研究过程中，星环聚能也以惊人的速度取得了多项亮眼业绩成果。
从最初连门都没有的空厂房，到完成整个聚变装置的建设并成功运行，星环聚能只用了279天，在谭熠看来，这或许是目前全球已知的最快速度。
仅11个月后，星环聚能就成功验证了原创的重复重联方案的可行性。
从最初点亮第一等离子体开始，到实现100kA、220kA、甚至480A等离子体电流的过程，也是星环聚能逐步具备强大等离子体控制的过程。团队通过将工程与自研的AI算法结合，进一步提升了装置在复杂情况下对等离子体控制的能力。
大量自主研发的仪器设备也从星环聚能的实验室迈向商业应用与推广阶段。包括：脉冲功率电源、高带宽隔离放大器、高性能模拟积分器、极端物理综合测试仪等产品已面向高校、研究院所实现销售，让星环聚能具备自身“造血”能力。
2024年，星环聚能的新厂房落成，专门用于高温超导磁体的研发。
截至目前，星环聚能已在磁体的分析设计和技术制造方面进行了大量的实验和迭代，具备了高温超导磁体全流程能力和成功经验，并将应用于CTRFR-1装置的建设中。
值得一提的是，对于所有人都期待的“可控核聚变真正走进人们生活”，曾经有一个颇有意思的“50年定律”。即：在任何历史节点，提起可控核聚变究竟何时得以实现，科学界的回答永远都是“未来50年”。而今，这一情况正悄然改变。
从时间规划来看，星环聚能将于2027年底或2028年初，开始进行商业示范堆建设，并拟于3-5年内完成。其目标是在2030年左右展示一个可输出电能的聚变堆。
从星环聚能目前的阶段性进展来看，人们在十年内看到可控核聚变的关键突破，已不再是天方夜谭。“期待有关可控核聚变的‘50年定律’，能被星环聚能的‘十年之约’，彻底改变。”谭熠称。
