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人类离终极能源又近一步!AI提前300毫秒成功预测等离子体撕裂【附超导技术赛道观察图谱】

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瞻观前沿

可控核聚变俗称“人造太阳”,被称为人类的“终极能源”。目前,可控核聚变装置只实现并维持了几秒钟,其中原因之一是托卡马克中的离子体很难控制,且极易“撕裂”,并且逃逸出用来约束它的强大磁场。提前预知这种逃离并实施干预,是实现长时间核聚变的关键之一。

近期,来自美国普林斯顿大学的研究团队开发了一套AI模型,实现了可控核聚变装置托卡马克中等离子体的实时预测,提前300毫秒就预测了核聚变中的等离子体不稳定态,并避免了等离子体撕裂的问题。相关研究以《Avoiding fusion plasma tearing instability with deep reinforcement learning》为题,于2024年2月21日发布在《Nature》上。

普林斯顿大学机械与航空航天工程教授、该研究的作者之一Egemen Kolemen表示,“从过去的实验中学习,而不是从物理理论模型中获取信息,AI可以制定出最终的控制策略,实现在真实反应堆中实时支持高功率等离子体保持稳定。”


图源:Nature

技术价值观察

科学家可以利用这项技术来防止可控核聚变的中断,从而产生足够能量所需的高功率聚变反应。因此,这一成果为开发稳定的高性能托卡马克运行方案铺平了道路,有望在国际热核聚变试验堆计划等项目中得到实际应用。

由于托卡马克装置中的关键组成部分为超导磁体,该技术有望推动超导产业的发展,当前位于产业链的下游环节。超导材料产业链上游为矿资源,如钇、钡、铋、锶、硼等金属;中游是超导材料,如YBCO、BSCCO和MgB2等;下游是超导应用产品,如超导电缆、超导限流器、超导滤波、超导储能以及超导发电机等。


宏观市场观察

超导技术在各行业的发展中有着重要的研究和开发价值

超导全称超导电性,是指在一定条件下电阻等于零,电流可在其间无损流动的现象,具备这种特性的材料被称为超导材料或超导体。超导材料是一项具有远大战略意义的高新技术,可以广泛用于电子通信、医疗设备、交通运输、电力能源等领域,其中超导技术在MRI、超导限流器、超导电缆等产品开发中均已成功应用。


超导材料、超导磁体为重点关注领域

从我国超导技术投融资热门赛道来看,截至2023年,超导材料投融资热度较高,包括高温超导材料和低温超导材料等;此外,超导磁体、超导电缆相关投融资事件数量占比也超过10%,反映了市场对超导技术在电力、能源等多个领域的广泛应用前景的信心。


加快超导材料在前沿领域的技术创新突破

高温超导材料是我国能源技术的战略需求,国家在政策上给予了导向性支持。《中国制造2025》将“突破高温超导材料的制造及应用技术,形成产业化能力”作为电力装备的战略任务和重点之一。《中国制造2025》重点领域技术创新绿皮书将10MW等级超导风电机组纳入发电装备重点发展产品;将高温超导储能装置、超导变压器、超导限流器纳入输变电装备重点发展产品。

2021年12月,工信部、科技部、自然资源部联合发布的《“十四五”原材料工业发展规划》则作为纲领性文件,提出发展超导材料前瞻布局行动,强化应用领域的支持和引导,明确了超导材料在现代产业中的定位。


中国超导技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示,目前超导关键技术强相关的城市集群主要集中在北京地区、西安区、长三角地区、粤港澳大湾区,尤其是广东省成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于超导研发,成为潜在的超导技术发展中心。根据热力图的分布,大湾区有极大的可能性成为超导技术的先导区域。重点关注广东省广州市天河区、陕西省西安市雁塔区和未央区、广东省深圳市福田区、福建省厦门市海沧区等地的相关企业,以及这些地方对超导产业发展的投资环境和潜力市场。


前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国超导行业发展前景与投资战略规划分析报告》

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