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高温超导线圈取得关键进展,日本Helical Fusion启动综合演示装置建设

2025-10-28 10:49     来源:Helical Fusion     聚变级高温超导线圈 螺旋仿星器 聚变能 核聚变 日本

10月28日,来自日本的仿星器商业聚变初创公司Helical Fusion公布其已经实现了一项里程碑性突破:成功完成高温超导(HTS)线圈的核心性能测试,成为全球首个在模拟聚变装置内部磁环境条件下,实现全功能大型高温超导导体线圈稳定运行的企业。

一、核心突破:全球首次完成聚变级高温超导线圈性能验证

借助日本国立核融合科学研究所(NIFS)独特的大口径、高场测试设施,该导体在15K(-258℃)温度、7T外磁场环境下,实现了40千安的稳定超导电流传输。这一成果使螺旋聚变跻身全球商业聚变能竞争的领先行列,同时满足了推进至综合演示装置“Helix HARUKA”所需的技术门槛。

据了解,此次测试的突破性不仅体现在参数达标方面,更在于其对商业聚变应用的三大针对性创新:1.线圈采用专为商业聚变电厂规模化应用设计的导体电缆,打破实验室原型与工业级应用的技术壁垒;2.首次实现无电绝缘设计的大型高温超导线圈测试,在简化结构的同时提升了系统兼容性;3.测试完整模拟了聚变装置内部的复杂磁环境,涵盖线圈自生磁场与外磁场的叠加效应,复现了多电流间的复杂电磁相互作用,为真实反应堆环境下的应用奠定了基础。这一成果标志着Helical Fusion正式跨越综合演示装置的技术门槛,具备了推进商业化落地的核心能力。

二、技术路径:螺旋仿星器的独特优势与传承积淀

1.60年技术积淀的传承者

Helical Fusion的核心竞争力源于对螺旋仿星器(Helical Stellarator)技术的独家继承。该技术路径经全球国家研究所与国立大学60余年的持续研发,已被证实是最适配商业发电的聚变技术方案。作为日本NIFS相关技术的唯一传承主体,Helical Fusion规避了技术路线迭代的不确定性,直接承接了成熟的理论体系与工程经验,成为全球唯一专注于该路径商业化的企业。

2.三大核心指标的独家满足能力

在全球数十个聚变研发项目中(涵盖托卡马克、激光聚变等路径),螺旋仿星器是唯一能通过现有技术同时满足商业聚变三大核心要求的方案:

一是稳态运行能力,可实现全年全天候(24/7/365)的持续稳定发电,无需像部分技术路径那样依赖脉冲式运行;

二是净电能输出,能够实现发电量大于能量消耗的能量正循环,具备经济可行性基础;

三是可维护性,组件支持定期、高效的检修替换,解决了聚变装置长期运行的运维痛点。

三、项目规划:“螺旋计划”的三阶段推进路线

Helical Fusion通过“螺旋计划”(Helix Program)明确了商业聚变能的清晰落地时间表,分阶段实现技术验证与规模化应用:

技术攻坚阶段(21世纪20年代末前):完成两大核心技术的性能定型,包括此次突破的高温超导磁体,以及一体化包层/偏滤器系统,为全系统集成扫清障碍;

系统集成阶段(21世纪30年代初):推进综合演示装置“Helix HARUKA”的制造与建造,实现高温超导磁体、包层/偏滤器等关键系统的协同运行,验证全链路技术可行性;

商业化示范阶段(21世纪30年代):启动聚变示范电厂“Helix KANATA”的稳态发电,完成商业聚变能的实战验证,打造全球首座具备商业可行性的螺旋仿星器聚变发电厂。

四、支撑体系:公私协同构建的研发生态

1.与国家实验室的深度绑定

自2021年成立以来,Helical Fusion与NIFS建立了多层次的合作机制,通过联合研究项目持续推进核心技术研发。2024年3月,双方进一步成立专属联合研究团队与实验室空间,聚焦高温超导磁体和包层/偏滤器系统的加速迭代,形成了“企业主导、科研机构支撑”的高效协作模式,成为日本聚变创新领域公私合作的标杆案例。

2.国家战略级政策与资金支持

公司的发展获得日本政府的高度重视与实质性扶持:作为文部科学省(MEXT)首个专门针对聚变能的国家资助项目——SBIR第三阶段计划的核心受益方,Helical Fusion获得了该项目最高额度的20亿日元(约合1300万美元)资助。该计划的设立源于日本现任首相高市早苗在担任内阁府特命担当大臣期间的推动,凸显了聚变能在日本国家战略中的优先地位,也为螺旋聚变的技术研发提供了稳定的资金保障。

五、行业意义:重塑全球聚变能源竞争格局

从技术层面考虑,高温超导技术是商业聚变能的核心瓶颈之一——聚变反应堆需通过强磁场约束1亿摄氏度以上的等离子体,而高温超导磁体是实现“高效、紧凑”磁场生成的唯一路径。尽管全球多数企业仅能实现高温超导材料的生产,但Helical Fusion已掌握全尺寸超导系统的设计、制造与测试能力,其技术突破为商业聚变能的规模化应用提供了关键支撑。

聚变能作为清洁、安全、可持续的终极能源解决方案,预计未来几十年将形成数万亿美元规模的市场。Helical Fusion凭借螺旋仿星器的独特优势与清晰的商业化路径,有望成为全球商业聚变能领域的首个破局者。其进展不仅将重塑全球能源竞争格局,也将推动日本在高端制造、超导技术等关联产业的进一步升级,巩固其在新能源科技领域的领先地位。



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