一個毫秒級的過程被捕捉——用來實作可控核融合反應的托卡馬克裝置「洪荒70」內一片漆黑，突然，中性瓦斯激發出環形電漿，太陽般的光輝瞬間照亮腔體。這證明，這個包含有9個子系統、30余孫系統的超復雜裝置，完全按預設條件成功放電。此舉也意味著，上海提前布局的未來能源產業，距離確定性更近一步。
「洪荒70」成功放電
但不久前成功點亮的「洪荒70」只是第一步。接下來，其背後的上海核融合能源商業公司能量奇異點將建設Q（能量增益目標）大於10的「洪荒170」，以證明核融合能源的商業可行性；再建設「洪荒380」，以實作示範性融合發電。
「到2035年，中國或迎來可控核融合發出的第一度電。做成這件事，似乎只能在上海。」能量奇異點創始人、CEO楊釗說。
自主驗證「鋼船」路線
核融合，是指氘、氚等輕原子核結合成氦等較重原子核並放出巨大能量的過程。因融合原材料無限，融合產物又不帶放射性，被寄予「帶領人類進入能源自由」的期待。
超導材料，是指在極低溫下電阻變零且具備完全抗磁性的材料。用超導材料建設托卡馬克可顯著提升磁場。超導又分低溫和高溫，一般臨界溫度在40克耳文（零下233攝氏度）以下的為低溫超導，臨界溫度在40克耳文以上的則為高溫超導。
全球已建成超過百台托卡馬克裝置，但目前正執行的全超導裝置僅四台，位於中國、日本和南韓。能量奇異點自主研制的「洪荒70」，是其中唯一一台全高溫超導材質建造的托卡馬克。對低溫超導托卡馬克，全球已有20年研發經驗，工藝相對成熟，但裝置體型巨大。如在建的國際熱核融合實驗堆（ITER），高30公尺，直徑28公尺。能量奇異點之所以繞行「低溫」而取「高溫」，旨在將托卡馬克的體積、造價縮減約50倍，並大幅加快建設周期。
位於法國的在建ITER計畫中的托卡馬克裝置
但「高溫」是一條全新技術路線。如果將托卡馬克比做船，好比過去都是木頭造，如今卻異想天開想造一條鋼船，還要證明它依然符合浮力定律。
這條新路線，美國也已在挑戰。能量奇異點所對標的美國CFS公司，是全球核融合創業領域迄今融資最多的公司，於2022年開建名為SPARC的高溫超導托卡馬克，目標Q值大於10，計劃於明年建成。
不同於一步到位的SPARC，能量奇異點選擇了更穩妥方案——以相對短的時間和小的成本，先建設「洪荒70」，驗證「鋼船」的工程可行性。
沒有作業可抄，2022年3月，「洪荒70」啟動設計，能量奇異點作為商業公司，拿出了「All in」的魄力與勇氣，克服諸多挑戰，包括探索高溫超導磁體的繞制、絕緣、浸漬、組裝等工藝，確保將高溫超導帶材加工成磁體後效能不衰減等，也包括制備電阻值在納歐級別的高溫超導磁體接頭，以及自主研發控制高溫超導托卡馬克執行的中央控制系統等。能量奇異點投入1.5億元，「洪荒70」在兩年內建造完畢。這是全球全超導托卡馬克研發建造最快紀錄。
「洪荒70」在兩年內建造完畢
「洪荒70」在兩年內建造完畢
上海給出「洪荒之力」
何以如此神速？楊釗說：因為上海給出了洪荒之力。
核電領域的上海優勢，讓能量奇異點快速建起「朋友圈」。「洪荒70」的真空室、冷屏等主機系統關鍵裝置，由上海電氣核電集團提供；托卡馬克組裝，交給了中國核工業第五建設有限公司；裝置環境和放射線安全評估，由上海核工程研究設計院負責。
超導帶材同樣「就地取材」，「洪荒70」由上海超導科技股份有限公司提供高效能超導磁體材料。這裏有一段故事——本世紀初，上海嘗試購買海外超導領軍企業核心裝置材料時，對方開出天價，上海遂決定：一切靠自己。20余年來，市經信委、市科委等部門形成接力，持續透過重大計畫，為上創超導、上海超導這兩家從校園走出的創新企業的核心技術團隊提供支持。同時，由政府部門牽頭，鼓勵超導材料、系統、套用等關鍵環節的企業組建產業聯盟，形成從超導材料研究、生產到產品研究、生產、套用的完整產業鏈。2021年底，全球首條超公裏級高溫超導電纜商業化示範段在徐匯區成功送電執行。該示範段每一寸都浸透著自主創新，創下5項世界紀錄。
2021年底，全球首條超公裏級高溫超導電纜商業化示範段在徐匯區成功送電
「在政府側，上海市和臨港新片區政府，以及市區科委、經信部門和市核電辦等，在人才引進、企業落地方面均給予大力支持，包括我們臨港基地35千伏的電站能建起來、用起來，可想而知政府做了多少協調工作。」楊釗說。
關鍵在於，對於這個年輕的創業團隊，上海給予耐心和殊榮。公司2021年6月才成立，但2023年3月上海市未來產業先進核能專家委員會成立時，5家副主任委員單位中，能量奇異點是唯一的初創企業。
另外，上海的人才重力也驚人。楊釗自己北大物理系本科畢業，在史丹佛大學獲理論物理學專業博士學位後，選擇在上海創業。公司研發和工程團隊目前從初創時的4人迅速壯大到130人，其中不乏來自史丹佛、普林斯頓、加州理工、清華、北大、復旦、上交、中科大等知名院校翹楚。
能量奇異點研發和工程團隊人才濟濟
不得不提的還有上海的融資環境。能量奇異點成立後不到8個月，上海本土遊戲公司米哈遊即聯合蔚來等，領投了能量奇異點的天使輪。去年4月，公司又完成Pre-A輪融資。兩輪融資規模近8億元。
「現在回頭看，落地上海是非常正確的決策。」楊釗感慨。
跟美國拼尺寸成本
能量奇異點不敢停步，下一代強磁場高溫超導托卡馬克「洪荒170」現已進入物理裝置階段，明年初將開始工程設計，爭取2027年建成。
「洪荒170」的目標Q值與SPARC一樣，也是大於10。Q大於1說明裝置在發電而非耗電，但Q大於10才有商業價值。
盡管建成的時間比SPARC晚兩年，自稱「跟隨者」的能量奇異點卻要跟美國拼尺寸和成本——待建的「洪荒170」與在建的SPARC，在Q值相同前提下，前者體積僅為後者70%，等離子半徑小10%。簡言之，經濟性更優。
而且，能量奇異點正同步研發下一代高參數融合磁體「經天磁體」，其磁場強度將達25特斯拉，超過美國CFS公司TFMC磁體25%。據悉，「經天磁體」實驗結果最快今年年底能拿到，屆時有望成為全球磁場強度最高的融合裝置磁體，在磁體效能參數上對美國同行形成部份反超。
美國SPARC環形場模型線圈TFMC
按計劃，2027年建成「洪荒170」後，公司需積累高Q值、長脈沖的執行結果，去說服最終客戶，證明能量奇異點有能力提供一台可用於融合發電的高參數托卡馬克裝置。楊釗說，希望能在2030至2035年間，與核電業主合作研發建設基於「洪荒380」高溫超導托卡馬克的融合發電示範堆，實作示範性融合發電。「上海持續的洪荒之力，將加速中國迎來可控核融合發出的第一度電。」
本文作者：李曄
