国内首套聚变上游商业公司中性束样机建成并完成放电验证

作为国内首套可控核聚变上游系统商业化公司中性束注入系统样机,从立项到基本建成仅花了4个月。

9月30日,束研聚创自研中性束注入系统样机建成,并顺利完成中性束首次等离子体放电验证。本次成果标志着公司打通中性束全链路系统自研与产品化验证的技术闭环。预计到12月,相关能力将达到客户可直接下单采购的工程状态。

随着样机建成、放电验证落地,公司2026年初制定的战略目标已全部提前完成,包括多套测试平台、精密制造平台、NBI基础能力验证等重点任务;目前,团队已同步启动2027年度的研发与商业化相关工作。

图 1 中性束样机离子源实物图

放电验证跑通工程闭环,支撑产品交付

本次放电试验顺利完成,代表中性束注入系统样机核心子系统通过工程化验证,为后续产品交付提供关键支撑。这台样机由公司自主搭建,依托配套的中性束测试平台,经过多轮单机调试、整机联调、真空检漏等工作,才能满足等离子体实验条件。平台真空室容积约10m3,极限真空度为10-5pa,配备去离子水循环冷却系统,可支持最大尺寸700mmx400m的离子源测试。

图 2 中性束样机主真空室实物图

本次实验采用热阴极弧流正离子源,在无高压工况下产生高密度等离子体,同步检验离子源结构、磁场排布,以及供电、冷却、真空、仪控等子系统协同运行能力。项目团队通过探针获取等离子体参数分布,反复调整弧压、气压寻找最优工况,并完成送气流量与放电室气压的标定工作。出于保险起见,本轮实验为低参数验证性等离子体放电实验,放电室内的氢等离子体密度约为1017/m3量级,电子温度约为2 eV,验证了中性束系统各关键部件尤其是仪控系统和电源系统在真实工况下的稳定性与可靠性,也为下一阶段在高压工况下的离子束引出实验打下基础。

图 3 通过探针诊断系统获得的含有等离子体参数信息的原始波形

图 4 离子源送气气压曲线

平台核心价值与规划时间节奏

作为公司产品化验证的核心底座,该套测试平台主要解决四类工程与落地问题:

一是实现多系统耦合验证,整合放电、真空、送气、水冷、仪控等单元,开展多部件联调和系统级协同测试,给装备工程化迭代打下硬件基础;

二是支撑多赛道并行研发,同一平台可用于多款离子源样机开展工况试验,减少重复基建投入,同步推进多条产品线;

三是实验数据反哺产品设计,整套平台按工程化供货要求搭建,试验结果可以直接用于优化产品方案,缩短样机到商业装备的周期;

四是保留充足扩展空间,既能用于自研装备迭代,也可根据不同客户需求,开展定制化测试。

针对客户关心的加热系统项目进度,公司规划如下:

·当前:中性束测试平台建成,无高压等离子体放电验证已完成;

·10至11月:开展高压工况调试及离子束引出实验,对测试平台的绝缘设计、散热能力、高压电源性能等进行详细考察。

·12月:整体能力达到客户可下单采购的工程交付状态,长脉冲电子回旋加热系统测试平台基本完工;

·2027年上半年前:完成射频离子源平台基础设施建设,面向方形器、长脉冲工况类聚变装置客户需求,补足全工况聚变加热装备交付能力。

这套交付能力,依托的是整套平台的全链路自研体系:全部关键子系统由公司自主设计;总体方案、核心部件设计与系统集成工作均由内部团队完成;现阶段自主制造部件占比约15%,后续将随合资子公司加工能力提升逐步提高。样机研发覆盖等离子体物理、特种高压电、真空技术、机械设计与精密加工、电力电子与自动控制等多个学科。公司采用分步验证思路,优先完成离子源相关验证,依托现有平台持续测试迭代。

项目负责人表示:等离子体稳定放电是中性束装备研发的关键节点,证明前期物理设计、结构加工、系统集成方案可行,也检验了仪控、电源、真空多系统之间的协同适配能力。后续团队将持续推进技术迭代,推动可产品化的聚变核心装备落地。该平台兼具对内与对外双重价值。对内,可减少重复研发投入、加速商业化进程;对外,则可作为测试载体,向合作单位开放,把研发积累转化为可持续的服务能力。

图 5 束研聚创中性束中控室

团队积淀、业务布局与行业愿景

中性束注入系统(NBI)可以为等离子体提供点火、稳态加热所需能量,既是聚变装置稳定运行的关键保障,也是磁约束装置提升等离子体参数效果最优的加热方案,行业需求正在持续增长。

中性束系统属于多学科交叉的复杂工程装备,涉及放电室、多级加速系统、中性化室、偏转磁铁、量热靶等关键部件,运行还需电源、控制、诊断、冷却、真空等辅助系统,研制、调试等对理论基础和工程实践都有很高要求。如果每一套装置都从零开始自研,很容易面临资源、人才方面的压力。行业也在探索把中性束技术向 “即插即用” 的标准化产品方向推进,束研聚创正是顺着这个方向,推进中性束系统的工程化落地。

这套体系背后,是公司超70%的研发人员。核心骨干大多来自国内科研院所和重点工科高校,既有深耕加热领域近五十年的博导,也有中性束加热系统总工程师、磁诊断首席等资深专家。依托这支覆盖全学科的团队,公司采用工程总包模式替代传统分包,项目交付时间缩短约40%,综合造价降低约30%。

业务层面,公司覆盖中性束注入系统(NBI)、电子回旋加热(ECRH)、磁诊断、微波与激光诊断、光谱诊断、特种高压电源及成套仪控。在中性束赛道,已完成离子源本体、束线系统等关键子系统布局,具备整套 NBI 集成研发能力。基于这套已验证的工程化体系,公司正顺应行业模块化、标准化趋势,持续推进聚变装备的工程化落地,为国内聚变产业链发展做成贡献。