机械设备行业深度报告:可控核聚变关键技术路径——仿星器,适合稳定长时间运行的磁约束装置.pdf

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  • 时间:2025/07/31
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机械设备行业深度报告:可控核聚变关键技术路径——仿星器,适合稳定长时间运行的磁约束装置。仿星器:作为托卡马克的兄弟路线,因其极为复杂的结构设计和磁体设计,此前很长一段时间发展进程落后于托卡马克。而随着高性能计算、先 进模拟技术、数字孪生、人工智能、增材制造等新技术的愈发成熟以及在仿星器设计方面的应用深入,仿星器发展显著加速。

相比托卡马克的极向场通过真空室内等离子电流自身产生磁场(电流难维持,并需要外界一直注入粒子、注入波),而仿星器中的磁场全部由外 部线圈产生,由于没有驱动等离子电流的外部设计,因而不存在托卡马克中等离子的破裂现象,对于维持环向等离子体的连续性稳定性更容易, 因此仿星器从开机开始,等离子就是稳定的。这也使得仿星器更适合长时间、稳定供应电流,用于发电。

成本构成:仿星器作为托卡马克的兄弟技术路线,二者建造成本基本相当。仿星器的包层模块、磁体分别为10%、29%,高于二者在托卡马克中8%、 25%的占比。 此外,近年来,高温超导材料产能逐渐扩大,价格也所有下降,但高温超导基于其陶瓷性能,应力达到20T后容易失超(即超导体因某种原因突然 失去超导特性而进入正常态的过程)。对托卡马克而言,磁场要变化,感应出等离子体电流,变化过程中产生交流损耗,很容易失超。而仿星器 没有这个问题,磁场是稳态的,此外,随着磁场强度提高,装置体积也会大幅缩小,从而降低建造成本,因此,高温超导天然适合仿星器。因此, 未来仿星器的降本,也在一定程度上取决于超导磁体的技术成熟度和价格变化。

分类:按照线圈结构不同,仿星器可以划分为“8”字形仿星器、跑道形仿星器、扭曲器、螺旋器、螺旋轴仿星器、螺旋先进仿星器等。目前典型 的仿星器装置包括,螺旋器代表日本大型螺旋装置(LHD)、螺旋轴仿星器代表H-1、西班牙TJ-II、螺旋先进仿星器代表—准等磁力线德国 Wendelstein 7-X、准螺旋对称代表威斯康星大学HSX等。

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