核聚變是兩個輕原子核聚合，生成新的更重原子核的過程，其反應釋放的能量巨大。因該過程同太陽的發(fā)光發(fā)熱過程一致，可控核聚變裝置又稱為人造太陽。隨著全球能源需求激增和化石能源的不可持續(xù)性，可控核聚變被視為人類實現(xiàn)“能源自由”的終極解決方案。

托卡馬克裝置（Tokamak）作為一種重要的磁約束核聚變實驗設備，在全球能源研究領域占據著舉足輕重的地位。中國在托卡馬克裝置的研發(fā)和應用方面取得了顯著成就，為人類探索可控核聚變能源貢獻了重要力量。

一、中國·托卡馬克裝置

中國對托卡馬克裝置的研究起始于 20 世紀 60 年代，歷經多年技術沉淀與探索，逐步構建起完善的研究體系，并取得了多項重要突破。以下是我國托卡馬克裝置的核心代表。

1、中國環(huán)流二號M裝置（HL-2M）

▍技術地位：中國環(huán)流二號M裝置（HL-2M）是我國規(guī)模最大、參數(shù)最高的托卡馬克裝置，由中核集團核工業(yè)西南物理研究院研制。該裝置于2020年實現(xiàn)首次放電，并在2022年等離子體電流突破100萬安培，創(chuàng)造了中國可控核聚變裝置運行的新紀錄。中國環(huán)流三號的建成和運行標志著中國在托卡馬克裝置技術方面達到了國際先進水平。

▍國際合作：2023年作為ITER衛(wèi)星裝置向全球開放，推動國際聚變數(shù)據共享與聯(lián)合實驗。

2、東方超環(huán)（EAST）

▍技術地位：東方超環(huán)（EAST）是中國自主研發(fā)的世界上首個全超導托卡馬克核聚變實驗裝置，由中國科學院合肥物質科學研究院設計。2006 年，EAST 成功放電，其獨特的非圓截面設計極大提升了對等離子體的約束能力，有效提高核聚變反應效率。

? 2018年首次達成1億攝氏度等離子體運行，接近未來聚變堆的穩(wěn)態(tài)運行條件。

? 在類似國際熱核聚變實驗堆（ITER）條件下，實現(xiàn)60秒穩(wěn)態(tài)高約束模運行，為ITER提供關鍵數(shù)據支持。

? 2025年1月，實現(xiàn)1066秒長脈沖高約束模等離子體運行，刷新世界紀錄。

3、中國聯(lián)合球形托卡馬克（SUNIST-2）

▍技術地位：SUNIST-2 是國內目前磁場最強、等離子體性能最高的球形托卡馬克，由清華大學工程物理系設計、陜西星環(huán)聚能科技有限公司和清華大學聯(lián)合建設。該裝置于2023年7月建成并開展了首輪運行，獲得100千安培等離子體電流。

4、洪荒70

技術地位：洪荒70 是全球首臺全高溫超導托卡馬克裝置，由國內首家聚變能源商業(yè)公司能量奇點研發(fā)建造，并于2024年6月成功實現(xiàn)等離子體放電。洪荒70 建成運行，在全球范圍內率先完成了高溫超導托卡馬克的工程可行性驗證，標志著我國在高溫超導磁約束聚變這一關鍵領域取得先發(fā)優(yōu)勢。

5、玄龍-50U

技術地位：玄龍-50 是我國首座中等規(guī)模球形托卡馬克聚變實驗裝置，由新奧公司自主設計建造，穩(wěn)定實驗運行4年后，于2024年升級為“玄龍-50U”，快速躋身大型磁約束實驗平臺先進行列。

二、技術優(yōu)勢

▍超導磁體技術創(chuàng)新

EAST 的超導磁體系統(tǒng)在自主研發(fā)過程中，攻克了超導磁體在復雜工況下的穩(wěn)定性、高場強實現(xiàn)等難題。通過優(yōu)化超導材料性能、改進冷卻技術，實現(xiàn)了強磁場下的低損耗運行，為長時間約束高溫等離子體提供可靠保障。

▍等離子體加熱技術革新

中國科研人員在多種加熱技術上取得突破。射頻波加熱技術通過精確控制，提高能量耦合效率；中性束注入加熱技術不斷優(yōu)化，提升中性粒子注入能量與效率，大幅提升等離子體加熱效果。

▍多技術路線并行

中國同時推進磁約束（EAST、HL-2M）與慣性約束（如神光系列激光裝置）研究，形成互補的技術生態(tài)。

托卡馬克裝置的運行依賴于復雜的大功率電源系統(tǒng)、超導線圈和等離子體控制等技術，這就對電源設備提出了嚴格要求。電源設備不僅需支持兆瓦級低雜波電流驅動、中性束注入等高功率系統(tǒng)，還需具備極高的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應能力。對于大功率電源行業(yè)而言，參與聚變技術研發(fā)既是挑戰(zhàn)，更是搶占未來能源高地的戰(zhàn)略機遇。

大功率電源在托卡馬克裝置中具有多方面不可替代的關鍵作用，包括不限于：

▍磁場約束

為環(huán)向場電源和極向場電源提供強大功率，生成高強度、高穩(wěn)定性的磁場位形，實現(xiàn)對高溫等離子體的有效磁約束，使其在有限空間內進行熱核反應。

▍等離子體加熱

通過射頻加熱電源、中性束注入電源等，將大量能量耦合到等離子體中，使其溫度升高至億度量級，達到核聚變反應所需的極端條件。

▍電流驅動

為歐姆加熱電源等提供支持，驅動并維持等離子體電流，產生自舉電流，進而維持等離子體的平衡和約束，確保核聚變反應持續(xù)進行。

▍輔助系統(tǒng)供能

為真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等輔助設備供電，保障這些系統(tǒng)的正常運行，為托卡馬克裝置營造穩(wěn)定的工作環(huán)境。

中國的托卡馬克裝置不僅是科學探索的里程碑，更是一場涉及超導技術、大功率電源、材料科學的系統(tǒng)工程競賽。隨著EAST和HL-2M的持續(xù)突破，中國正從“跟跑者”轉變?yōu)椤邦I跑者”，為人類終極能源夢想提供“中國方案”。

國內合肥、武漢、成都等地的科研單位，運行著多個托卡馬克裝置。森木磊石作為武漢的科技型高新技術企業(yè)，積極投身我國托卡馬克裝置建設，已有多款數(shù)字電源及系統(tǒng)落地應用，為我國核聚變技術發(fā)展貢獻森木磊石力量。

1、直流高壓電源

▌采用高頻諧振軟開關技術，提高功率變換效率；

▌具備高充電精度與高可靠性；

▌具備強抗電磁干擾能力；

▌內置完善的保護機制；

▌支持本地和程控模式，允許用戶對輸出電壓和電流進行全范圍調節(jié)。

產品應用于供電系統(tǒng)、半導體行業(yè)、粒子加速器、真空微波電子管，雷達，通信設備、電容充電、大功率脈沖源、熔噴布靜電駐極、除塵設備等。

2、脈沖電源

▌具有快速的脈沖信號上升沿和下降沿，可快速進行響應；

▌具備實時故障監(jiān)測功能；

▌配備顯示屏，直觀展示數(shù)據；

▌用戶可以靈活調節(jié)脈沖數(shù)值，支持遠程監(jiān)控和操作。

產品應用于科學實驗、空氣凈化、火花等離子燒結、高壓充電、高壓放電、納米材料制備、染料廢水處理等領域。

3、陽極高壓電源

▌具有us級快速響應能力和全面的保護功能；

▌超過90%的效率和大于0.98的功率因數(shù)；

▌過充<1%，頂降<1%，輸出穩(wěn)定；

▌支持長脈沖運行和高頻率調制；

▌支持本地和遠程控制，兼容RS485和以太網通訊接口。

產品可實現(xiàn)60kV/1A的輸出，適用于X射線設備、核能工業(yè)，醫(yī)療設備，高能物理實驗等領域。

4、PSM高壓電源系統(tǒng)

▌電源效率高達97%以上；

▌具備自動閉環(huán)控制功能，系統(tǒng)能夠自動調節(jié)PSM模塊的開通個數(shù)，實現(xiàn)精確的輸出電壓調節(jié)；

▌采用特殊設計減少輸出電壓紋波；

▌支持穩(wěn)態(tài)和脈沖兩種工作模式，脈沖頻率0-10KHz可調；

▌每個模塊配備獨立且完善的保護功能及故障存儲和顯示功能。

產品已實現(xiàn)8MW的大功率輸出，適用于可控核聚變研究、高能物理實驗、醫(yī)療設備供電、工業(yè)自動化控制、電磁波探測等領域。

5、高頻逆變式高壓電源系統(tǒng)

▌采用高頻逆變技術、高頻高壓隔離變壓器研制技術和超級電容儲能供電技術；

▌采用超高壓絕緣工藝，多模塊錯相輸出；

▌絕緣性能優(yōu)良，絕緣電壓大于200kV；

▌具備全面的保護功能及故障快恢復/停機模式；

▌模塊化設計，適配不同的輸出電壓、輸出功率組合配置，最高支持256個模塊，且單模塊可獨立配置投入運行；

▌支持輸出曲線編輯功能，最高支持32段電壓運行曲線編輯；

▌在線狀態(tài)監(jiān)測與控制系統(tǒng)，實時監(jiān)控模塊狀態(tài)和關鍵參數(shù)。

產品可實現(xiàn)MW級輸出，適用于等離子體加熱和控制、可控核聚變研究、高能物理實驗等領域。

目前，中國的托卡馬克裝置研究已取得不凡的成就，但距離核聚變能源商業(yè)化應用仍有漫長征程。隨著不斷對托卡馬克裝置的升級改造與實驗研究，相信在不久的將來，核聚變能源將從實驗室走向現(xiàn)實，為人類社會可持續(xù)發(fā)展注入強大動力，開啟全新的能源時代。

免責申明：部分圖片及內容整理自網絡，如有侵權請聯(lián)系刪除