在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，可控核聚變作為解決人類能源問題的終極方案，成為當(dāng)下各國(guó)科研角逐的熱點(diǎn)。當(dāng)前國(guó)際聚變領(lǐng)域聚焦億度高溫等離子體約束、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行控制及多路線的聚變能源探索，中國(guó)科研界持續(xù)發(fā)力并頻頻傳來捷報(bào)。中國(guó)環(huán)流三號(hào)（HL-3）實(shí)現(xiàn)離子和電子溫度的“雙億度”突破，東方超環(huán)（EAST）也憑借“億度千秒”運(yùn)行刷新了托卡馬克裝置的世界紀(jì)錄，新奧"玄龍-50U"成為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)氫硼百萬安培放電的球形環(huán)裝置，并創(chuàng)造秒級(jí)1.2T以上球形環(huán)中心磁場(chǎng)的世界紀(jì)錄。

新奧集團(tuán)球形環(huán)氫硼聚變裝置“玄龍-50U”

在中國(guó)聚變科研奮起攀登的進(jìn)程中，新奧“玄龍-50U”取得重大突破的背后，是楊圓明所在的團(tuán)隊(duì)為工程實(shí)現(xiàn)提供了支撐——他們是聚變研究中默默堅(jiān)守的“奮斗者”。

沒有“老師”的戰(zhàn)場(chǎng)：從消化吸收到原始創(chuàng)新

現(xiàn)任新奧能源研究院副總工程師的楊圓明是個(gè)“核電老兵”，曾參與完成華龍一號(hào)、國(guó)核一號(hào)、第四代高溫氣冷堆等國(guó)產(chǎn)自主化核電站的設(shè)備研發(fā)和交付，也曾獲得核能行業(yè)協(xié)會(huì)的科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。

新奧聚變副總工程師楊圓明在氫硼聚變裝置研發(fā)現(xiàn)場(chǎng)

然而，在主導(dǎo)新奧聚變初代裝置“玄龍-50”的工程設(shè)計(jì)時(shí)，楊圓明面臨截然不同的挑戰(zhàn)。與他早年參與的三代核電不同，新奧聚變研發(fā)開始時(shí)，基本是從“小學(xué)生”做起。他感慨道：“以前可以跟著發(fā)達(dá)國(guó)家的老師，系統(tǒng)地學(xué)，跟著去做，而現(xiàn)在只能靠自己，需要自己定方向，找各個(gè)方向的老師?！?/p>

讓楊圓明感到焦慮的，還有時(shí)間的重壓。國(guó)際同類中型裝置動(dòng)輒需要3-5年甚至10年的建設(shè)周期，而“玄龍-50”卻要在1年內(nèi)建成，并在一兩年內(nèi)完成物理想法的驗(yàn)證。他心知這不是簡(jiǎn)單的提速，而是要顛覆傳統(tǒng)工程成熟的研發(fā)模式。因此，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)徹底轉(zhuǎn)換研發(fā)范式——從技術(shù)追隨轉(zhuǎn)向原始創(chuàng)新。

聚變研發(fā)的物理需求與實(shí)際工程極限的矛盾，像天平的兩端。物理學(xué)家提出的強(qiáng)磁場(chǎng)、大功率加熱等極致參數(shù)，要在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到工程實(shí)現(xiàn)，在新奧聚變研發(fā)的初期幾乎是“不可能的任務(wù)”，工程師必須平衡物理目標(biāo)、安全邊界與工程可行性。

實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)有很多種途徑，但是哪個(gè)方向能夠最終最快實(shí)現(xiàn)聚變能源的商用化，是新奧需要思考的。沒有現(xiàn)成的技術(shù)路線可以滿足，沒有系統(tǒng)的參考資料，甚至連失敗的案例經(jīng)驗(yàn)都寥寥無幾。而正是這種“從零開始”的困境，激發(fā)了他和團(tuán)隊(duì)的原始創(chuàng)新能力。

“缺少參考，那就更深地了解物理實(shí)驗(yàn)背后的工程需求原理，關(guān)鍵是要發(fā)揮工程想象力和創(chuàng)造力。”楊圓明和團(tuán)隊(duì)建立了一種“需求翻譯機(jī)制”，這也成為了破局的關(guān)鍵。工程師要深度理解物理目標(biāo)，將抽象物理理論需求轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的工程方案。這種能力的逐漸形成，可以使團(tuán)隊(duì)以最小工程代價(jià)達(dá)成高價(jià)值目標(biāo)，成為研發(fā)方法論的核心資產(chǎn)。

站在落成的“玄龍-50”裝置前，楊圓明難掩激動(dòng)地感嘆：“這一年像是過了三年。我們不僅建成了裝置，更重要的是證明了我們團(tuán)隊(duì)有能力、有信心做聚變?！薄靶?50”裝置里的每個(gè)零件都凝結(jié)著團(tuán)隊(duì)的智慧，每道研發(fā)工序都見證著工程想象力的迸發(fā)。這證明中國(guó)人完全有能力在科技“無人區(qū)”豎起屬于自己的標(biāo)桿。

小步快跑：迭代式創(chuàng)新的實(shí)戰(zhàn)密碼

在聚變能源探索的賽道上，中國(guó)團(tuán)隊(duì)正以驕人的速度實(shí)現(xiàn)追趕。新奧聚變裝置也在不斷升級(jí)迭代，在2023-2024年，新奧“玄龍-50”裝置升級(jí)為“玄龍-50U”?！靶?50U”取得的最新突破，標(biāo)志著中國(guó)在磁約束球形環(huán)領(lǐng)域完成了從“跟跑”到“并跑”的關(guān)鍵一躍。作為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)氫硼百萬安培放電的球形環(huán)裝置，“玄龍-50U”還突破了秒級(jí)1.2T以上磁場(chǎng)條件，刷新了球形環(huán)裝置領(lǐng)域的全球物理指標(biāo)紀(jì)錄。

新奧聚變研發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)c?！靶?50U”實(shí)現(xiàn)百萬安培放電重大突破

這樣的成就，源于新奧團(tuán)隊(duì)獨(dú)特的研發(fā)策略。不同于傳統(tǒng)科研的按部就班，玄龍裝置采取“每半年一次工程迭代”的方式，在裝置運(yùn)行中持續(xù)優(yōu)化。這背后也是一種動(dòng)態(tài)平衡的“藝術(shù)”，將科研探索的容錯(cuò)需求和工程實(shí)施的穩(wěn)定要求相“契合”。

為化解快速迭代帶來的風(fēng)險(xiǎn)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新推出模塊化可替換架構(gòu)。主機(jī)設(shè)計(jì)為可整體更換單元，使得在“玄龍-50U”的升級(jí)過程中，僅耗時(shí)2.5個(gè)月便完成主機(jī)、加熱、電源、控制等系統(tǒng)安裝、調(diào)試和首次等離子體放電，這一速度遠(yuǎn)超國(guó)際同行1-2年的常規(guī)周期。

作為項(xiàng)目的工程主導(dǎo)者，楊圓明深知?jiǎng)?chuàng)新與風(fēng)險(xiǎn)并存的道理。他和團(tuán)隊(duì)優(yōu)化工程管理模式，建立起三重保障：通過關(guān)鍵部件極限測(cè)試預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管控，采用并行研發(fā)機(jī)制壓縮周期。大電流磁體接頭、兆瓦級(jí)波源系統(tǒng)、PSM高壓電源、湯姆遜診斷等核心系統(tǒng)和部件，均在物理實(shí)驗(yàn)推進(jìn)的同時(shí)完成開發(fā)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破與工程穩(wěn)定的平衡。

面對(duì)“玄龍-50U”與國(guó)際同類裝置的對(duì)比，楊圓明充滿信心。從工程參數(shù)看，“玄龍-50U”已實(shí)現(xiàn)秒量級(jí)1.2特斯拉中心磁場(chǎng)強(qiáng)度，超越美國(guó)NSTX和英國(guó)MAST現(xiàn)有水平，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)搭建了更高參數(shù)平臺(tái)。據(jù)了解，該裝置的加熱功率升級(jí)計(jì)劃將于2026年中旬完成，屆時(shí)其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰⒌玫饺嫣嵘?/p>

然而，從“并跑”邁向“領(lǐng)跑”仍需翻越重重高山。團(tuán)隊(duì)的短期目標(biāo)是在“玄龍-50U”上實(shí)現(xiàn)氫硼聚變反應(yīng)，這意味著必須攻克加熱效率提升、不同加熱手段協(xié)同、輻照損失控制、氫硼反應(yīng)精確測(cè)量等核心難題。未來的挑戰(zhàn)還包括實(shí)現(xiàn)數(shù)億度高溫等離子體、更高聚變?nèi)朔e參數(shù)、氫硼燃燒等離子體控制、直接發(fā)電技術(shù)等，這不僅需要技術(shù)突破，更需要持續(xù)的創(chuàng)新思維與團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

裂變到聚變：系統(tǒng)工程經(jīng)驗(yàn)的遷移與人才培養(yǎng)

從核電裂變到聚變工程，這段跨越十幾年的技術(shù)征程，對(duì)楊圓明來說既是挑戰(zhàn)，更是重塑認(rèn)知的蛻變。剛投身聚變領(lǐng)域時(shí)，他也花了好一段時(shí)間才真正理解了兩種工程理念的本質(zhì)差異。

新奧聚變控制大廳

對(duì)于傳統(tǒng)核電來說，“絕對(duì)安全”是鐵律。 福島事故后，公眾擔(dān)憂與監(jiān)管嚴(yán)苛達(dá)到頂點(diǎn)。工程設(shè)計(jì)追求萬無一失，依賴成熟技術(shù)、穩(wěn)定工藝以及長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的技術(shù)驗(yàn)證，力求將風(fēng)險(xiǎn)控制在最低限度。

而聚變研究截然不同，這里聚焦的是“物理實(shí)現(xiàn)”。就拿新奧集團(tuán)采用的氫硼聚變技術(shù)路線來說，它展現(xiàn)出天然的安全優(yōu)勢(shì)——全程無中子輻射、清潔無污染，完全規(guī)避了裂變反應(yīng)產(chǎn)生的高放射性材料和乏燃料處理難題。氫硼聚變工程現(xiàn)階段的核心任務(wù)是要攻克超高參數(shù)，如10T以上磁場(chǎng)強(qiáng)度、10MW/m2以上的熱負(fù)荷材料和結(jié)構(gòu)、數(shù)十兆瓦的等離子體加熱系統(tǒng)等，這意味著要大膽創(chuàng)新、反復(fù)嘗試，甚至要主動(dòng)擁抱試錯(cuò)的可能性，通過持續(xù)迭代突破技術(shù)壁壘，為實(shí)現(xiàn)聚變能源的商業(yè)化應(yīng)用開辟新路徑。

不過在楊圓明看來，雖然兩者在工程研發(fā)理念上迥異，但核電工程的經(jīng)驗(yàn)對(duì)于聚變裝置的研發(fā)也提供了不可或缺的助力。“那些系統(tǒng)性開發(fā)經(jīng)驗(yàn)、事故風(fēng)險(xiǎn)分析方法、系統(tǒng)思維能力都成了建成玄龍裝置的‘底氣’?？恐@些‘內(nèi)功’，才能在短時(shí)間內(nèi)完成裝置建造、人才梯隊(duì)搭建，還實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)步迭代。”

新奧的聚變團(tuán)隊(duì)從2017年不足10人，到如今發(fā)展為近300人，并具備中大裝置自主設(shè)計(jì)建造能力，在精英人才的培養(yǎng)上已經(jīng)“自成一派”，并摸索出一套經(jīng)過成功驗(yàn)證的心得總結(jié)。

一是自驅(qū)導(dǎo)向： 以清晰目標(biāo)凝聚人心，弱化精細(xì)分工，鼓勵(lì)主動(dòng)補(bǔ)位、研發(fā)成果共享。二是包容“試錯(cuò)”： 正視研發(fā)不確定性，在出現(xiàn)工程問題后，首要任務(wù)非追責(zé)，而是深挖根因、推動(dòng)改進(jìn)，激發(fā)團(tuán)隊(duì)持續(xù)提升。三是能力筑基： 提供資深專家實(shí)時(shí)指導(dǎo)，開設(shè)聚變理論、工程技術(shù)等專項(xiàng)培訓(xùn)，讓成員在專業(yè)深耕與跨界融合中持續(xù)成長(zhǎng)，獲得價(jià)值認(rèn)同。

作為工程團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，楊圓明與團(tuán)隊(duì)積累了這個(gè)道理：“搞科研要保持好奇心，對(duì)問題要窮追不舍，不解決不罷休。只有保持這種刨根問底的勁頭，我們才能在聚變這片‘無人區(qū)’里，走出屬于新奧的創(chuàng)新之路?！?/p>

聚變商業(yè)化：路線圖下的無限可能

我國(guó)在磁約束聚變領(lǐng)域已躋身世界第一梯隊(duì)，“東方超環(huán)”（EAST）和“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”（HL-3），近兩年接連取得重大突破，實(shí)現(xiàn)超過1億度等離子體粒子溫度、百萬千安等離子體電流和千秒級(jí)等離子體放電，不僅刷新國(guó)內(nèi)最高記錄，部分參數(shù)更達(dá)到世界領(lǐng)先水平，而新奧“玄龍-50U”裝置的成功也凝聚著長(zhǎng)期探索的智慧。

楊圓明和研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)四五年，通過建造場(chǎng)反位形直線裝置、箍縮裝置等小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外科研力量，從理論、工程和商業(yè)可行性等多維度評(píng)估不同技術(shù)路線，最終確定以氫硼燃料和球形環(huán)裝置作為研發(fā)方向，這一組合被認(rèn)為是最具商業(yè)化潛力的方案。

團(tuán)隊(duì)基于國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展預(yù)判：樂觀情況下2027-2030年有望實(shí)現(xiàn)聚變能輸出。若10年內(nèi)攻克氘氚聚變工程難題，2045-2050年可開展商業(yè)化可行性驗(yàn)證，而氫硼聚變路線若在2035年前取得關(guān)鍵突破，商業(yè)化進(jìn)程或可提前10-20年。

他還強(qiáng)調(diào)，聚變技術(shù)在能源、國(guó)防等戰(zhàn)略領(lǐng)域的無碳基荷電力應(yīng)用，將為國(guó)家能源安全與轉(zhuǎn)型提供核心支撐，其中聚變能發(fā)電的商業(yè)化價(jià)值正透過“玄龍-50U”的快速迭代逐步落地。

當(dāng)前，全球聚變能源競(jìng)賽進(jìn)入白熱化階段。在這場(chǎng)關(guān)乎未來能源格局的角逐中，新奧團(tuán)隊(duì)以突破性的工程實(shí)踐與創(chuàng)新范式脫穎而出。事實(shí)證明，聚變技術(shù)的決勝關(guān)鍵，不僅在于物理參數(shù)的極致追求，更在于工程效率的顛覆性突破和系統(tǒng)整合的創(chuàng)新智慧。這支楊圓明等人帶領(lǐng)的工程團(tuán)隊(duì)，一直秉承著奮斗精神，以開拓者之姿，成為全球聚變工程領(lǐng)域的先鋒力量，重新定義著行業(yè)發(fā)展的速度與高度。

轉(zhuǎn)載來源：環(huán)球網(wǎng)科技報(bào)道

作者：李文瑤