一升海水所含的氘，核聚变后释放的能量相当于300升汽油，这就是被称为“人造太阳”的聚变核能的威力。近日，太湖之滨的无锡落下一颗“人造太阳”。太乙核能科技（无锡）有限公司（以下简称“太乙核能”）发布江苏首个可控核聚变整机项目工程设计方案，该项目采用全球首个“双模仿星器”设计，核聚变连续放电时间预计能从“秒级”提升到“小时级”，竣工后将发挥商业发电站的功能。这标志着江苏在可控核聚变能源产业布局上迈出关键一步。
消息一出，不少人心里打了个问号：与合肥、成都的“人造太阳”相比，这颗“无锡造”有何不同？“不一样在路线。”太乙核能联合创始人、总工程师高金明说，合肥的EAST（东方超环）、成都的“中国环流三号”走的是托卡马克（一种用于受控核聚变研究的环形磁约束装置）路线，太乙核能选的是另一条——仿星器。两条路线都用磁场约束等离子体，但“编笼子”的手法、等离子体的“脾气”都不一样。
要看懂差别，先得明白“人造太阳”的原理。太阳发光发热，靠的是氢原子核在上亿摄氏度高温下碰撞、聚合，释放巨大能量；“人造太阳”，就是在地面复刻这场反应。可地球上没有容器盛得住上亿摄氏度的火球，科学家便用强磁场编成一只“无形的笼子”，把这团叫等离子体的带电粒子悬空关在环形真空室里，让它们沿环形跑道不停奔跑、碰撞、聚合。
人类为这场“种太阳”的梦，已求索75年。仿星器概念由美国天体物理学家莱曼·斯皮策于1951年提出；1952年，普林斯顿建成首台“8字形”实验装置Model A，并启动马特洪峰计划。后来，结构相对简单、升温更快的托卡马克成为主流，如今全球在运装置中约九成是它。“两条路各有长短，没有谁能包打天下。”高金明说。
具体差别在哪？高金明打了个比方：托卡马克像在水流中自己“旋”出漩涡，磁场一半靠外部线圈，一半靠等离子体内部的大电流维持，结构简单、升温快，但电流一旦失控，火球就可能“熄火”乃至破裂；仿星器则把漩涡形状直接“刻”进管道，用一圈圈扭曲的外部线圈包办全部磁场。“一个像自行车，跑得快但要注意平衡；一个像自带辅助轮的车，天生稳当，代价是造起来难得多。”
这“难得多”换来的，是天生的稳态本领。仿星器等离子体内部几乎没有大电流，也就没有电流失控导致的破裂风险，可以长时间连续运行。“托卡马克像一次次冲刺，我们追求不眠不休地稳定燃烧，相当于从短跑运动员变成马拉松选手。”太乙核能联合创始人、董事长兼CEO曹诚志说，稳态正是并网发电的前提，“这条路可能更靠近商业电站的终点”。
难，主要难在那些形状怪异的线圈上。托卡马克线圈是规则的“圆面包圈”，仿星器线圈却是三维扭曲的“麻花”，每根曲面都不重样，毫米级误差就可能让磁场笼子“漏风”。“它是用极端工况部件拼成的精密系统，某种意义上是在替未来的聚变电站提前试错。”高金明说，目前全球在运仿星器只有约十台，最大的一台在德国，中国此前一直没有大型仿星器，更没有商业化应用。
在这条难走的路上，团队又加了一道“巧思”：让同一台装置兼容两种位形。高金明介绍，仿星器磁场优化有两个方向：准轴对称（QA）让粒子“眼中”的磁场尽量接近托卡马克式对称，约束性能好；准等动力（QI）让粒子在磁场强处被“弹”回轨道，稳态运行更从容。“同一块试车场，按一个按钮是高速赛道，换个电流配比就是耐久赛道，同一台车连跑两种工况。”
过去比较两种位形，得分别建两台装置、花两份钱，耗时近十年；双模设计让同一台装置靠调整线圈电流配比在两种位形间切换，在一座实验台上并排跑完两场对照实验，厘清约束性能、工程可行性与运行灵活性的边界，为后续工程设计省下数以年计的时间。目前，这颗“双模太阳”已完成物理设计：大半径约2.1米、小半径0.2至0.5米、环向磁场约3特斯拉（磁感应强度的国际单位）。
建成后，它将是全球首个双模仿星器装置、国内规模最大的仿星器。团队已与核工业工程研究设计有限公司签署战略合作意向书，项目按“实验装置级、工程堆级、聚变堆级”三步走。“目前交出的是物理设计答卷，接下来才是真正发热发电的设备。”太乙核能联合创始人、CTO余羿说，目前项目研发验证基地同步落户无锡高新区，随着物理设计和装置总体技术方案逐步细化，项目计划未来数年形成20亿—30亿元的总投资。
全球首创的方案，为何落子江苏？“聚变装置不是哪一家工厂能独立造出来的，它考验的是一整个工业体系。”曹诚志坦言，团队最看重江苏厚实的制造业家底：特种电缆、精密加工、特种电源、传感诊断，在长三角都能就近配套；无锡企业此前已为国际热核聚变实验堆ITER交付核心配套电缆。当地承诺从研发支持、载体保障到产业链配套提供全周期服务。“我们要找的不是一块地，而是一片能把图纸变成设备的土壤。”
这颗无锡造“太阳”，正在成为江苏制造的新试金石。一台仿星器涉及超导材料、精密线圈、真空室、低温系统等上万个部件，恰是高端装备产业链的集大成者；鼎晖VGC、达晨财智等机构也已参与投资。“这个行业不缺热度，缺的是把热度沉淀成浓度的耐心，从图纸到发电需要以十年计。”曹诚志说。
未来，这颗“太阳”会给普通人带来什么？燃料取自海水、不排二氧化碳、不堆存长寿命核废料，聚变电站有望提供近乎无限的清洁电力，电价也不再随燃料成本大起大落。“科学已经让我们看见了可控核聚变的未来，接下来要靠一台台设备、一个个线圈，把答案焊进现实。”曹诚志表示。（记者 张宣）
