英国托卡马克能源公司完成Demo4聚变高温超导磁体系统测试

2026年9月9日，英国托卡马克能源公司（Tokamak Energy）宣布，已完成其Demo4聚变磁体系统为期14个月的测试，验证了该公司在完整高温超导（HTS）磁体系统设计、建造、集成和运行方面的能力。

Demo4测试取得的技术经验，正在用于托卡马克能源公司与英国聚变能源公司（UK Fusion Energy, UKFE）的合作项目，支持球形托卡马克能源生产（Spherical Tokamak for Energy Production, STEP）聚变计划高温超导磁体系统开发。相关成果也面向聚变以外的高温超导商业应用，并于本周在美国匹兹堡举行的应用超导大会（ASC 2026）上公布。

测试期间，工程团队将Demo4峰值磁场提高至13.7特斯拉，使环向场线圈在5600安培电流下运行，并在77开尔文至17开尔文的工作温区内对系统进行循环测试。系统同时承受150兆帕横向机械应力，约为大气压的1500倍。

Demo4采用与聚变应用相关的球形托卡马克结构，在不同通电状态下累计运行约10000小时，其中包括长时间高磁场运行。测试还包括多次最高12.5特斯拉条件下的强制放电和高电流放电，用于检验系统在故障工况下的稳定性。

托卡马克能源公司首席执行官Warrick Matthews表示，Demo4是一个重要的技术和商业里程碑，证明公司具备设计、建造和运行完整高温超导磁体系统的能力。系统耐久性测试提供了关键数据，显示其高温超导设计具备稳健性，这对磁体和电力系统的工业应用具有重要意义。

托卡马克能源公司高温超导业务部门TE Magnetics负责人Liam Brennan表示，高温超导磁体设计关系到聚变电站性能和经济性。Demo4实验证明，公司的集成磁体系统能够在严苛、接近聚变应用需求的构型下运行，相关经验已应用于英国聚变能源公司的STEP计划。

Demo4是一套完整的高温超导聚变磁体系统，在一套集成装置中同时验证磁场强度与角度、电流密度、运行温度和机械载荷。测试不仅覆盖磁体本体，也覆盖低温系统、励磁系统、仪器仪表和控制系统等支撑多组磁体协同运行的关键环节。

该系统由44个高温超导线圈组成，采用球形托卡马克结构。其中包括14个环向场臂，每个环向场臂由两个部分绝缘高温超导线圈组成；另有2个极向场线圈，每个极向场线圈由8个完全绝缘高温超导线圈构成。系统采用加压氦冷却，运行压力最高20巴，并通过600多个传感器监测电压、磁场、温度和应力等参数。

托卡马克能源公司表示，本轮实验收集的数据将继续用于验证和改进其模型及控制软件，从而提升高温超导系统性能预测能力，并支撑后续稳健、可靠的磁体系统设计。

测试结果显示，高温超导器件在最高13.7特斯拉磁场下表现符合预期，临界电流特性得到验证；在77开尔文至17开尔文温区内，系统临界表面映射性能得到进一步确认。超过90个高温超导接头的可靠性也得到验证，接头电阻符合预期，并在整个测试过程中保持稳定电流传输。

测试还确认，高温超导材料具备良好热稳定性，早期转变检测和主动冷却可作为避免淬火的有效手段。在12.5特斯拉及高电流条件下的失效测试和强制放电中，系统未观察到热点或性能退化。机械性能方面，系统在150兆帕横向压缩应力下得到验证，有助于加深对绕制线圈行为的理解。

此外，托卡马克能源公司称，其高温超导磁体设计已验证能够抵御热循环影响。磁体、电源、低温系统、控制系统和淬火保护装置实现了全系统协同运行，高温超导电流引线以及环向场线圈与极向场线圈之间的相互作用也通过测试验证。

托卡马克能源公司是英国政府STEP聚变计划的磁体系统合作伙伴。凭借高温超导磁体制造和设计能力，该公司已获得英国聚变能源公司授予的合同，金额为7000万英镑，合同期至2029年3月。Demo4相关经验将用于STEP模型线圈测试以及电站规模高温超导磁体系统研究。

托卡马克能源公司同时是英国Infinity聚变联盟成员，该联盟还包括Type One Energy和AECOM，并在巴克莱银行支持下推进英国商业化聚变电站开发。