来源：DeepTech深科技

5 月 12 日，2023 年《麻省理工科技评论》中国“十大突破性技术”主题峰会在杭州未来科技城成功举办。

上海交通大学长聘教授、翌曦科技创始人兼董事长、上海市高温超导材料与系统工程技术中心主任金之俭出席大会并发表了精彩演讲。

“高温超导强场磁体是核聚变装置技术路线变革最主要的发展瓶颈，聚变强场磁体的研发将会带动高温超导材料整个产业链技术的提升，另外巨量的超导材料需求也将会给整个高温超导行业带来重大的机遇。”

以下为金之俭教授完整版演讲内容，经少量编辑、修改后发出。

各位朋友好，今天给大家带来的主题是关于核聚变，核聚变是最近一段时间比较火的一个话题。

现在的核电厂基本上都是核裂变堆，可看作是可控的原子弹，它是一种链式反应，最大的问题是它的安全失控问题，当然还有核废料的问题，它的产物半衰期非常长，达到百万年级。核聚变最大的好处是它没有安全失控和核废料的问题，而且聚变燃料可以从海水中提取近乎无限，所以它被认为是终极的清洁能源，一旦突破的话，整个能源体系都会发生非常大的变革。

核聚变之所以最近一段时间特别火，是因为高温超导材料和强场磁体技术的突破。低温超导材料在强场下面电流密度衰减非常快，目前主要应用于 15T 以下场景（注：特斯拉是国际单位制中磁感应强度的单位，简称特，符号是 T）。高温超导材料在强场下面电流密度衰减较平缓。2019 年 6 月，《Nature》杂志报道，美国国家强磁场实验室用二代高温超导材料创造了 45.5T 超导稳态磁体世界纪录。

聚变功率：P～β2B4V

磁约束聚变的托卡马克的聚变输出功率见上面的表达式，它的输出功率跟体积的一次方成正比，跟磁场强度的四次方成正比。所以自然而然，你可以想到，用强场特性非常好的高温超导材料来替代低温超导材料会有什么样的效果。

现在国际上最大的实验托卡马克项目——国际热核聚变实验堆（ITER），它采用低温超导材料，中心场强为 5.3T，腔体半径达到 6 米。依托麻省理工学院（MIT）的美国 CFS 公司（Commonwealth Fusion Systems）的紧凑型聚变实验堆 SPARC 想得非常简单，用高温超导材料来做，中心场强达到 12T，腔体的半径只有 1.8 米。用高温超导材料做的托卡马克可以做得非常小，SPARC 的体积连 ITER 的十分之一都不到。紧凑型托卡马克的好处是，不仅投资成倍降低，更重要的是建设周期短、迭代快、大幅加快了研究的进程。

原来的路线图是采用低温超导材料的托卡马克实现聚变，要到 2050 年、2060 年才能实现核聚变发电。但是美国 CFS 公司采用了高温超导材料的技术路线，它的规划是 2025 年做一个实验堆 SPARC，2030 年做一个工程堆 ARC 实现聚变发电。我们可以看到，原来的一个 30 年预期的国际合作推动的巨额投资项目演变成了 10 年预期的风投热点项目，这也是外界对核聚变热情高涨的原因。

2021 年 9 月，MIT-CFS 取得了非常大的突破，成功研发 20T 强场聚变磁体。现在世界上已经建有 50 多个托卡马克，对托卡马克里面的等离子体的控制技术已经非常成熟了。超导的强场磁体完成之后，只要去替代原来的铜导体的磁体，就可以很快推进核聚变的实现。所以 CFS 公司 9 月研发出强场聚变磁体，11 月就获得 18 亿美元融资。去年，《麻省理工科技评论》也把实用型聚变反应堆评为 2022 年“十大突破性技术”之一。

正是由于 MIT 这个重大的突破，2021 年风投在整个聚变领域的投资金额超过了以往所有年份的投资总和，投资人都在期待聚变领域的“SpaceX moment”。

回过头来，我们再来看一下高温超导材料。高温超导带材有一点像铜带。它的宽度是 12 毫米，厚度只有 0.1 毫米，也就是 100 微米。100 微米里面，50 微米是不锈钢的哈氏合金基带，外面包了 40 微米的铜保护层，超导层在里面只占了 1-2 微米。整个高温超导带材里面原材料的成本实际上是不高的，最主要取决于工艺水平、成品率，另外还有一个非常重要的因素——量产规模。

2017-2018 年高温超导应用开始有一些示范工程，基本集中在电力行业，包括超导限流器、超导电缆等示范应用。2021 年底，上海投产了一条 1.2 公里的高温超导电缆示范工程，是现在所有高温超导应用示范工程里面高温超导材料用量最大的项目，整个 1.2 公里的示范工程高温超导带材用量达到 280 公里。

但是，聚变项目的情况就完全不一样了，一个 SPARC 项目的高温超导带材用量需要 1 万公里。2020 年全世界高温超导带材产量只有 3000 公里，今年整个产能可以扩产到 2 万公里。所有具有量产能力的高温超导带材公司都在拼命地扩产。上海超导科技股份有限公司（简称“上海超导”）原来年产 300 公里，现在的目标是要扩产至 3000 公里。全世界高温超导带材产量在大幅增长，自然而然会迎来高温超导材料的价格快速下降，很多高温超导应用领域开始逼近经济性拐点，整个高温超导行业正面临非常大的机遇。

上海交大高温超导团队是 2010 年建立起来的，团队成员来自于英国剑桥大学、美国麻省理工学院、哈佛大学、休斯顿大学，以及清华大学、上海交大等，基本上汇聚了国内外的顶尖高校和研究单位。整个研发从高温超导材料到应用全产业链都有布局。经过 10 年多的努力，我们的高温超导材料已经由上海超导实现了量产，上海超导已经在筹备 IPO 了。高温超导应用的布局也很多，包括超导电缆、超导限流器、超导变压器等超导电力的应用。中央电视台最近报道了超导感应加热、超导磁悬浮等方向的应用。

团队最近几年研发的目标逐渐聚焦于核聚变的应用，新近成立了翌曦科技，整个目标就是围绕着聚变强场磁体的应用。

聚变强场磁体相对而言它的难度还是非常高的。世界上到目前为止也就 CFS 公司完成了 20T 强场聚变磁体，它依托于 MIT 多年在超导领域所积累的研究基础。翌曦科技主要是依托上海交大高温超导团队在超导材料、集束缆线、强场磁体方面多年积累的研发经验。

一般的中低场超导磁体直接用超导带材绕制就可以，但是聚变强场磁体需要有大电流集束缆线绕制。集束缆线的参数非常高，要达到 100kA，处在 20T 强场磁体环境下进行应用，条件非常苛刻。我们团队经过多年的研发建成了国内最先进的一条集束缆线的产线，给整个聚变应用的研发奠定了很好的基础。

另外，团队在失超保护技术、磁体鲁棒性技术方面也有一系列的世界领先的研究成果。

整个聚变强场磁体都是要建立在这些非常坚实的研究基础和丰富的工程经验上。

现在国内搞聚变的大概有这么几个单位：中科院等离子体物理研究所、核工业西南物理研究院两个国家队；能量奇点、星环聚能两个由资本加持的民营公司；翌曦科技是唯一的以聚变强场磁体为核心研发目标的公司。

聚变强场磁体在整个托卡马克的建设成本中占了一半。

我们可以看到，中美聚变路线图都由 2050-2060 年聚变发电提前到了 2030-2040 年，可控核聚变正在迎来一个新的时代。高温超导强场磁体是其中最核心的产品，也是聚变路线发展最主要的技术瓶颈。聚变强场磁体的研发将会带动整个高温超导材料到集束缆线再到强场磁体技术整个产业链技术的提升。另外，巨量的超导材料的需求将会给整个高温超导行业带来重大的机遇。

我的报告就是这些，谢谢大家！