星环聚能建设的第一个聚变实验装置成功运行

SUNIST-2位于星环聚能在陕西省西安市高陵区的零号实验场地，是我国目前磁场最强、等离子体性能最高的球形托卡马克（如下图），设计参数为大半径0.53米，小半径0.33米，磁场1.0特斯拉。

图1 SUNIST-2聚变实验装置

SUNIST-2由清华大学设计、星环聚能和清华大学联合建设，于近日成功运行，并获得100千安培等离子体电流，顺利达到初期目标。典型放电波形（左）和等离子体图像（右）如下图。之后星环聚能将基于SUNIST-2从原理上验证磁重联加热技术和多冲程运行方式，为建设下一代聚变级技术验证装置CTRFR-1作准备。

图2 典型放电波形（左）和等离子体图像（右）

以全人类数十年磁约束核聚变研究为基础，在高性能磁约束位形、高临界电流密度和临界磁场的高温超导材料、高热流偏滤器和人工智能等技术的推动下，各种聚变纪录不断打破。各国也从政策和立法等方面为聚变能的到来作了准备。英国、美国的核能监管机构均计划以远比现有核电站宽松的法规监管聚变电站，为聚变能的商业开发注入了定心丸。无限、安全、零碳的可控聚变能正在以前所未有的速度走近人类，一个崭新的数十万亿元级产业即将落地。

受益于以上进展，国内外众多企业采用各种新颖的路线投身聚变能开发，希望推动聚变能更快地商用。

比如，英国Tokamak Energy和我国新奥科技采用强磁场球形托卡马克分别用于氘氚聚变和氢硼聚变；美国Commonwealth Fusion Systems和我国能量奇点则采用磁场提高到极限但体积显著缩小的托卡马克；美国Helion Energy使用两个等离子体环重复高速对撞来产生聚变能，并宣布将于2028年对外供电。

星环聚能的聚变能开发路线基于高约束性能的高温超导强磁场球形托卡马克，使用磁重联高效地加热等离子体至发生聚变反应，并以类似内燃机的方式多冲程运行，持续输出聚变能。这条独特的技术路线以大量实验反复验证的球形托卡马克为基础，但省略了大功率射频波和中性束注入等复杂而昂贵的系统，避开了电流驱动的难题，同时还提高了氚增殖率。这些设计极大地简化了聚变堆的结构，显著提升聚变堆的经济性，降低运营聚变电站的复杂度和难度，具有非常突出的商用优势。

星环聚能采用的聚变能开发路线得到了业界的认可，也获得了国内多家知名头部投资机构的支持。

2022年中完成天使轮融资后，星环聚能迅速扩充团队、建设场地，和清华大学工程物理系、中科院等离子体物理研究所一起快速、精准地完成了SUNIST-2主机的装配，并形成了超高真空密封、大电流接头超低电阻检测、位置和振动测量和分析等一系列新方法或专利。

同时，公司自主设计并开发了环向、极向和欧姆磁体线圈配套的模块式秒级脉冲功率电源。这些电源使用大电流IGBT和超级电容，单向输出电流可达110千安，双向输出电流可达±22千安，响应速度可达0.1毫秒，多项指标达到国际先进水平。SUNIST-2的主机、配套电源以及真空等设备都由自主开发的基于微服务和网页的控制系统集中监测和控制。此外，还建设了磁、干涉、辐射等基础等离子体诊断，开发了基本的等离子体放电集成模拟代码用于预测和指导运行。

图3 部分磁体电源

装置建设过程中，星环聚能完善了由聚变科学、工程技术、基础工艺、支持等部门组成的复合型团队，逐渐形成了“敢于尝试，共同承担”的企业文化。团队成员大胆创新，遇到挫折或困难，大家“不甩锅也不背锅”，一起在现场分析原因、出谋划策。各类问题均在此良好的氛围中快速得以解决。

图4 现场工作照

随着聚变实验装置的建设，星环聚能以西安为中心的上下游供应商体系也初步形成，涉及机械、仪器仪表、电力电子、信息技术等多个行业，促进了当地聚变相关产业的发展。

聚变实验装置的成功运行只是朝着公司目标——“快速经济地实现聚变能”——前进道路上的一小步。星环聚能将继续秉持“行胜于言，开拓创新”的理念，坚持全产业链自主可控的发展思路，砥砺前行，不断突破工程极限，开发终极能源。