可控核聚變是人類能源發(fā)展的終極方向，而高精度、高可靠的電源系統(tǒng)是其裝置穩(wěn)定運行的"動力中樞"。隨著中國聚變工程實驗堆（CFETR）等下一代裝置的建設(shè)推進(jìn)，對電源性能與國產(chǎn)化能力提出了更高要求。森木磊石基于自研 PPEC Workbench平臺打造的PPEC inside數(shù)字電源，已在托卡馬克裝置電源配套中實現(xiàn)規(guī)模化國產(chǎn)化應(yīng)用，為我國"人造太陽"等重大科技工程提供了堅實的電力保障。

托卡馬克裝置的穩(wěn)定運行，離不開精準(zhǔn)、可靠的電源支撐。依托自研的 PPEC Workbench 智能化開發(fā)平臺，森木磊石打造的 PPEC inside 系列數(shù)字電源，已全面覆蓋托卡馬克裝置核心系統(tǒng)應(yīng)用場景，可充分匹配其高穩(wěn)定、寬調(diào)節(jié)、長脈沖、高頻調(diào)制的嚴(yán)苛運行要求。

核聚變發(fā)展背景

在全球能源轉(zhuǎn)型與碳中和目標(biāo)推動下，可控核聚變作為一種理論上幾乎無限的能源，因其高能量密度、低放射性廢物和高安全性而被視為未來能源的理想選擇。由于該過程同太陽的發(fā)光發(fā)熱過程一致，可控核聚變又稱為人造太陽。在眾多核聚變實現(xiàn)路徑中，托卡馬克裝置作為磁約束核聚變的主要實驗設(shè)備，已成為國際主流研究方向。

托卡馬克裝置：可控核聚變的核心載體

托卡馬克是一種利用磁場約束高溫等離子體以實現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)的環(huán)形實驗裝置。其核心在于通過強(qiáng)磁場，將億度高溫的等離子體穩(wěn)定約束在環(huán)形真空室中，使之與裝置壁隔離，從而維持持續(xù)聚變反應(yīng)。

該裝置的核心技術(shù)挑戰(zhàn)，在于穩(wěn)定約束高溫等離子體并實現(xiàn)有效加熱與控制，這一過程高度依賴精密、可靠的電源管理系統(tǒng)。

具體而言，托卡馬克對電源系統(tǒng)的復(fù)雜需求體現(xiàn)在：

▌磁體系統(tǒng)：需數(shù)十兆瓦級高穩(wěn)定度電源，為超導(dǎo)線圈供電以生成約束等離子體的強(qiáng)磁場；

▌加熱系統(tǒng)：需高壓大功率電源，將等離子體加熱至億度級高溫；

▌診斷系統(tǒng)：需超高精密電源，保障實驗數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集。

可以說，電源系統(tǒng)是托卡馬克裝置的”動力心臟“，其性能直接影響實驗的效果與效率。

PPECinside數(shù)字電源：托卡馬克的"動力骨架"

依托 PPEC Workbench 能化開發(fā)平臺，PPEC inside 數(shù)字電源在托卡馬克裝置系統(tǒng)中實現(xiàn)了深度且廣泛的落地應(yīng)用，成效顯著：

▌等離子體約束系統(tǒng)（MCS）：提供 3kV 級高穩(wěn)定交/直流磁體電源及脈沖超導(dǎo)磁體電源，為等離子體提供強(qiáng)磁場約束，并具備毫秒級響應(yīng)的失超保護(hù)能力，確保磁體系統(tǒng)安全可靠運行。

▌等離子體加熱系統(tǒng)（PHS）：全面覆蓋電子回旋加熱、離子回旋加熱、低雜波輔助加熱及中性束注入等關(guān)鍵子系統(tǒng)的高壓、大電流、寬時序供電需求。PPEC inside系列數(shù)字電源實現(xiàn)了從-16kV/20A到120kV/50A的寬范圍、高穩(wěn)定輸出，滿足高穩(wěn)定、寬調(diào)節(jié)嚴(yán)苛需求，為等離子體億度高溫實驗提供可靠能量支持。

▌精密測量與控制系統(tǒng)：配套高抗干擾前置放大器電源、探針掃描電源、探測器精密偏壓電源等，保障各類診斷設(shè)備信號采集的準(zhǔn)確性與系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。

▌脈沖能量供給系統(tǒng)：為脈沖飛輪發(fā)電機(jī)組提供變頻驅(qū)動電源、電動機(jī)/發(fā)電機(jī)勵磁電源，超級電容供電及充電電源等全套交直流供電方案，實現(xiàn)對飛輪轉(zhuǎn)速的精確控制與能量高效緩沖轉(zhuǎn)換。

PPEC inside數(shù)字電源技術(shù)核心優(yōu)勢

▌PPEC Workbench 開發(fā)平臺：采用圖形化與AI結(jié)合的智能化低代碼開發(fā)模式，組件豐富、兼容性強(qiáng)，支持快速構(gòu)建系統(tǒng)并自動優(yōu)化代碼，顯著提升開發(fā)效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

▌全數(shù)字化控制：實現(xiàn)了對輸出電壓、電流波形、序列的精準(zhǔn)可編程控制，靈活適應(yīng)各類復(fù)雜運行模式。

▌高可靠性設(shè)計：內(nèi)置完善的實時監(jiān)測與多重保護(hù)邏輯，滿足托卡馬克裝置長脈沖、高重復(fù)頻率運行下的可靠性與穩(wěn)定性要求。

▌標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化：便于系統(tǒng)集成、功率擴(kuò)展與后期維護(hù)，有效降低大型科學(xué)裝置的工程復(fù)雜度與生命周期成本。

▌適配復(fù)雜工況需求：支持本地/遠(yuǎn)程控制、故障實時監(jiān)測功能，可實現(xiàn)長脈沖運行與高頻調(diào)制，完全匹配可控核聚變實驗的復(fù)雜運行場景。

結(jié)語

從東方超環(huán)到中國環(huán)流三號，我國在可控核聚變領(lǐng)域持續(xù)實現(xiàn)重大突破。這些成就背后，離不開關(guān)鍵核心技術(shù)的支撐。森木磊石PPEC Inside數(shù)字電源，已深度服務(wù)于托卡馬克裝置的電源系統(tǒng)，以精準(zhǔn)、可靠、高效的性能，成為聚變裝置穩(wěn)定運行的“電力基石”。