星环聚能高温超导磁体和重复重联方案工程验证取得显著进展

作为我国未来能源发展的重要方向，核聚变技术影响着我国的未来能源安全与可持续发展。星环聚能作为致力于聚变能商业应用及技术开发的创新型企业，近期在高温超导磁体、重复重联运行方式和非感应启动等关键聚变工程和物理领域取得了一系列显著进展。这些成果不仅为聚变装置的高功率加热和稳定运行提供了坚实支撑，也标志着星环聚能在实现“快速经济地实现聚变能”的宏伟目标上又迈出了坚实的一步。

相比于简单的圆截面磁体，D形磁体可更好地匹配高性能等离子体的形状，是未来聚变堆的基本要求。星环聚能与清华大学合作，针对未来聚变堆的需求，采用上海超导科技股份有限公司的高温超导带材，星环聚能成功研制了D形高温超导磁体原理样机，磁体内最高场强达18T，为目前国内公开报道D形磁体的最高场强。18T场强能够完全满足球形托卡马克装置达到聚变条件时的环向场强要求，该磁体的成功运行为公司下一代装置的设计奠定了坚实的基础。磁体的成功代表着星环聚能高温超导团队在磁体技术上的快速进步，在短短半年内，完成了原理设计、工程制造与整体测试，再次体现了公司团队高效的研发和工程能力。后续公司将继续优化磁体设计和运行方案，继续冲击25T场强的设计目标。

星环聚能还实现了国际首个重复重联技术方案的稳定运行，在2023年11月，公司宣布实现国内首次通过主动双环磁重联加热的启动方式；在此基础之上，公司本次实现了在一次放电周期中，连续两次通过重复重联的方式加热等离子体启动。磁重联加热和重复重联的实现，这标志着公司与清华大学联合建设的SUNIST-2装置的核心运行方案已经在星环聚能彻底工程化实现，不论是主动磁重联加热还是重复重联运行均为国内首次，同时也为下一代达到聚变条件的CTRFR-1号装置的成功运行打下了坚实的基础。

此外，公司自主研制的局部螺旋度注入器，凭借其紧凑的结构和优越的性能，使初始等离子体的电流和磁能大幅提升。初始等离子体电流和磁能的提高，将极大的提升磁重联加热的效率，进而将公司重复重联方案的加热效率成倍提升，成为下一代装置启动的关键辅助装置。

至此，下一代聚变级装置CTRFR-1的前期预研工程准备已经基本完成，在2023年，公司依次在工程上实现了等离子体双环启动、双环等离子体磁重联加热、重复重联运行以及未来装置所需的D形环向场线圈，公司已经开始进行CTRFR-1装置的物理仿真，平衡计算，机械结构设计等工作。未来，星环聚能将继续秉持”敢于尝试，共同承担“的工作作风和”行胜于言，开拓创新“的企业文化，在工程研发，实验探索和企业关怀中不断锤炼和增强公司团队的凝聚力和战斗力。

附录：本次重大工程进展的具体技术描述

1. D形高温超导强场磁体研制成功并通过测试

提高磁场是快速经济地实现聚变能的关键手段之一。近期，星环聚能和清华大学合作，面向未来聚变堆的需求，成功研制了D形高温超导磁体原理样机。在首次低温通流测试中，中心区域的场强测量值达13.5 T，磁体内最高场强达18 T，满足了星环聚能技术路线对磁体的基本要求。该磁体的成功代表着星环聚能团队在高温超导磁体技术上的快速突进，再次体现了星环聚能团队强大的研发和工程能力。

该D形磁体由8个无绝缘双饼线圈组成，采用了预应力加强结构和创新装配工艺，电流工作点和电磁应力的设计值均逼近工程极限。团队依次完成了带材检测、线圈绕制、磁体组装和低温测试工作，逐渐掌握了未来聚变堆高温超导磁体研制的核心技术，制成了领先的全高温超导D形磁体。（感谢先进能源科学与技术广东省实验室在磁体测试方面给予的帮助）

接下来，星环聚能团队将针对该磁体进行更多的针对性测试，持续研发多种特殊用途的高温超导磁体，推进第一饼聚变级球形托卡马克环向磁体的工程进展。

2. 重复重联技术方案实验验证

磁重联可以高效加热等离子体，为持续获得聚变能，星环聚能通过恰当设计的电源驱动聚变装置以类似于多冲程内燃机的模式运转，不断地重复磁重联，周期性地输出聚变能。

2024年1月，基于自研的全控磁体电源，结合自研的预电离微波源，通过对装置进气，壁面返流，感应涡流等的精细调节，星环聚能和清华大学团队首次验证了重复重联的工程可行性。

未来，星环聚能团队将持续升级磁体电源的储能规模和电流变化调节能力，配合多种非感应启动方式和超高速进气加料手段，优化重联前后等离子体位形控制，在一次放电过程内，实现更高性能和更多周期的重复重联。

3. 高效等离子体启动

为了更有效地利用装置磁体的能力，提高欧姆放电和磁重联加热的等离子体性能，星环聚能和清华大学团队研制了一组结构紧凑、性能优越的局部螺旋度注入器。利用安装于装置底部的等离子体枪，配合位于装置顶部的引出电极，通过对进气量，引出电压和磁力线形态的精细调节，星环聚能团队通过局部螺旋度注入成功以非感应的方式启动起近10 kA的等离子体电流，实现了10倍的电流倍增。

关键词：