一升海水所含的氘，核聚變後釋放的能量相當於300升汽油，這就是被稱為“人造太陽”的聚變核能的威力。近日，太湖之濱的無錫落下一顆“人造太陽”。太乙核能科技（無錫）有限公司（以下簡稱“太乙核能”）發佈江蘇首個可控核聚變整機項目工程設計方案，該項目採用全球首個“雙模倣星器”設計，核聚變連續放電時間預計能從“秒級”提升到“小時級”，竣工後將發揮商業發電站的功能。這標誌著江蘇在可控核聚變能源產業佈局上邁出關鍵一步。
消息一齣，不少人心裏打了個問號：與合肥、成都的“人造太陽”相比，這顆“無錫造”有何不同？“不一樣在路線。”太乙核能聯合創始人、總工程師高金明説，合肥的EAST（東方超環）、成都的“中國環流三號”走的是托卡馬克（一種用於受控核聚變研究的環形磁約束裝置）路線，太乙核能選的是另一條——倣星器。兩條路線都用磁場約束等離子體，但“編籠子”的手法、等離子體的“脾氣”都不一樣。
要看懂差別，先得明白“人造太陽”的原理。太陽發光發熱，靠的是氫原子核在上億攝氏度高溫下碰撞、聚合，釋放巨大能量；“人造太陽”，就是在地面復刻這場反應。可地球上沒有容器盛得住上億攝氏度的火球，科學家便用強磁場編成一隻“無形的籠子”，把這團叫等離子體的帶電粒子懸空關在環形真空室裏，讓它們沿環形跑道不停奔跑、碰撞、聚合。
人類為這場“种太陽”的夢，已求索75年。倣星器概念由美國天體物理學家萊曼·斯皮策于1951年提出；1952年，普林斯頓建成首臺“8字形”實驗裝置Model A，並啟動馬特洪峰計劃。後來，結構相對簡單、升溫更快的托卡馬克成為主流，如今全球在運裝置中約九成是它。“兩條路各有長短，沒有誰能包打天下。”高金明説。
具體差別在哪？高金明打了個比方：托卡馬克像在水流中自己“旋”出漩渦，磁場一半靠外部線圈，一半靠等離子體內部的大電流維持，結構簡單、升溫快，但電流一旦失控，火球就可能“熄火”乃至破裂；倣星器則把漩渦形狀直接“刻”進管道，用一圈圈扭曲的外部線圈包辦全部磁場。“一個像自行車，跑得快但要注意平衡；一個像自帶輔助輪的車，天生穩當，代價是造起來難得多。”
這“難得多”換來的，是天生的穩態本領。倣星器等離子體內部幾乎沒有大電流，也就沒有電流失控導致的破裂風險，可以長時間連續運行。“托卡馬克像一次次衝刺，我們追求不眠不休地穩定燃燒，相當於從短跑運動員變成馬拉松選手。”太乙核能聯合創始人、董事長兼CEO曹誠志説，穩態正是並網發電的前提，“這條路可能更靠近商業電站的終點”。
難，主要難在那些形狀怪異的線圈上。托卡馬克線圈是規則的“圓麵包圈”，倣星器線圈卻是三維扭曲的“麻花”，每根曲面都不重樣，毫米級誤差就可能讓磁場籠子“漏風”。“它是用極端工況部件拼成的精密系統，某種意義上是在替未來的聚變電站提前試錯。”高金明説，目前全球在運倣星器只有約十台，最大的一台在德國，中國此前一直沒有大型倣星器，更沒有商業化應用。
在這條難走的路上，團隊又加了一道“巧思”：讓同一台裝置相容兩種位形。高金明介紹，倣星器磁場優化有兩個方向：準軸對稱（QA）讓粒子“眼中”的磁場儘量接近托卡馬克式對稱，約束性能好；準等動力（QI）讓粒子在磁場強處被“彈”回軌道，穩態運行更從容。“同一塊試車場，按一個按鈕是高速賽道，換個電流配比就是耐久賽道，同一台車連跑兩種工況。”
過去比較兩種位形，得分別建兩台裝置、花兩份錢，耗時近十年；雙模設計讓同一台裝置靠調整線圈電流配比在兩種位形間切換，在一座實驗臺上並排跑完兩場對照實驗，厘清約束性能、工程可行性與運行靈活性的邊界，為後續工程設計省下數以年計的時間。目前，這顆“雙模太陽”已完成物理設計：大半徑約2.1米、小半徑0.2至0.5米、環向磁場約3特斯拉（磁感應強度的國際單位）。
建成後，它將是全球首個雙模倣星器裝置、國內規模最大的倣星器。團隊已與核工業工程研究設計有限公司簽署戰略合作意向書，項目按“實驗裝置級、工程堆級、聚變堆級”三步走。“目前交出的是物理設計答卷，接下來才是真正發熱發電的設備。”太乙核能聯合創始人、CTO余羿説，目前項目研發驗證基地同步落戶無錫高新區，隨著物理設計和裝置總體技術方案逐步細化，項目計劃未來數年形成20億—30億元的總投資。
全球首創的方案，為何落子江蘇？“聚變裝置不是哪一家工廠能獨立造出來的，它考驗的是一整個工業體系。”曹誠志坦言，團隊最看重江蘇厚實的製造業家底：特種電纜、精密加工、特種電源、傳感診斷，在長三角都能就近配套；無錫企業此前已為國際熱核聚變實驗堆ITER交付核心配套電纜。當地承諾從研發支持、載體保障到產業鏈配套提供全週期服務。“我們要找的不是一塊地，而是一片能把圖紙變成設備的土壤。”
這顆無錫造“太陽”，正在成為江蘇製造的新試金石。一台倣星器涉及超導材料、精密線圈、真空室、低溫系統等上萬個部件，恰是高端裝備產業鏈的集大成者；鼎暉VGC、達晨財智等機構也已參與投資。“這個行業不缺熱度，缺的是把熱度沉澱成濃度的耐心，從圖紙到發電需要以十年計。”曹誠志説。
未來，這顆“太陽”會給普通人帶來什麼？燃料取自海水、不排二氧化碳、不堆存長壽命核廢料，聚變電站有望提供近乎無限的清潔電力，電價也不再隨燃料成本大起大落。“科學已經讓我們看見了可控核聚變的未來，接下來要靠一台臺設備、一個個線圈，把答案焊進現實。”曹誠志表示。（記者 張宣）
