在眾多科幻作品中，無論是《星際迷航》《銀河帝國》還是《三體》，核聚變都被設(shè)定為宇宙探索的能源基礎(chǔ)。而如今，曾經(jīng)的幻想已經(jīng)不再遙不可及。權(quán)威專家認(rèn)為，人工智能的未來歸根結(jié)底是能源問題，而核聚變是最可能的解決方案。“人造太陽”、無限能源電站，正從實(shí)驗(yàn)室走向工程化。
在公眾印象中，核聚變一向是“國家隊(duì)”的專屬賽道，只有龐大的科學(xué)裝置和頂級(jí)實(shí)驗(yàn)室才能涉足。然而，在這場競賽中，國內(nèi)一批來自高校、研究所、創(chuàng)投圈的年輕創(chuàng)業(yè)者正悄然崛起。他們的目標(biāo)是，把巨型“聚變航母”拆解成便攜的“能源無人機(jī)”，把復(fù)雜的科研轉(zhuǎn)化成更快落地、更低成本的“小型人造太陽”。
風(fēng)口已至，
“大裝置”與“小裝置”的協(xié)同突圍
當(dāng)前，核聚變產(chǎn)業(yè)布局清晰：一邊是以政府為主導(dǎo)的“國家隊(duì)”，另一邊則是迅速崛起的商業(yè)化公司。
“國家隊(duì)”建造的是“大型人造太陽”，比如國際合作的ITER、中國的東方超環(huán)和環(huán)流三號(hào)、韓國的KSTAR、歐洲的JET等。這些裝置就像是“訓(xùn)練太陽的實(shí)驗(yàn)室”，正在模擬太陽的燃燒過程，驗(yàn)證聚變是否可控、能不能持續(xù)、材料能不能扛住高溫高壓——為未來真正點(diǎn)亮“人造太陽”打基礎(chǔ)、做準(zhǔn)備。
商業(yè)化企業(yè)則采取“小型人造太陽”的模式，通過開發(fā)小型、模塊化的聚變反應(yīng)堆，提供更低成本、更高效率的清潔能源，從而加速全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。這相當(dāng)于在一個(gè)集裝箱大小的裝置中馴服一個(gè)太陽——聽起來像科幻，做起來是工程。
近年來，越來越多的私營資本和技術(shù)先鋒公司加入這一賽道。
例如，美國Helion Energy公司正在推進(jìn)線性裝置路線，強(qiáng)調(diào)緊湊結(jié)構(gòu)和快速能量回收，其提出的50兆瓦商業(yè)供電目標(biāo)已引發(fā)行業(yè)廣泛關(guān)注，背后由山姆·奧特曼、Founders Fund等硅谷資本支持;英國First Light Fusion則探索“子彈撞擊式”聚變方式，即通過高速動(dòng)能引發(fā)聚變，類似于在靶材上精準(zhǔn)“打出火花”。這些技術(shù)路徑展現(xiàn)出商業(yè)公司在低成本、快部署上的技術(shù)活力，拓寬了全球聚變工程的想象空間。國際組織ITER也計(jì)劃與私營公司合作共享知識(shí)，推動(dòng)大科學(xué)計(jì)劃與商業(yè)創(chuàng)新的融合發(fā)展。
在國內(nèi)，商業(yè)化企業(yè)正以多元技術(shù)路線并進(jìn)的方式展開探索：有的聚焦高溫超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)，追求能量增益的突破;有的則嘗試結(jié)構(gòu)更為緊湊的直線型路線，力圖在成本和效率之間找到平衡點(diǎn);還有團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)室走出，用最短時(shí)間完成第一等離子體實(shí)驗(yàn)，將多年科研積淀快速轉(zhuǎn)化為工程實(shí)踐。
聚變加速，風(fēng)口已至。2024年，科技部、工業(yè)和信息化部、國務(wù)院國資委等七部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》，明確提出要加強(qiáng)以核聚變?yōu)榇淼奈磥砟茉搓P(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。這一頂層政策信號(hào)，被業(yè)內(nèi)視為“吹響了我國可控核聚變邁向落地應(yīng)用的沖鋒號(hào)”。
各地也在迅速響應(yīng)。例如，上海提出構(gòu)建“4+3”先進(jìn)核能發(fā)展格局，在臨港、浦東、閔行、寶山等地布局核能裝備制造及材料基地，在漕河涇、嘉定等地構(gòu)建聚變研發(fā)集群，計(jì)劃到2025年核電相關(guān)產(chǎn)業(yè)保持兩位數(shù)增長，打造全球有影響力的核電產(chǎn)業(yè)集群。
政策助推之下，核聚變能否真正走出實(shí)驗(yàn)室?2025年全國兩會(huì)期間，全國政協(xié)委員、中核集團(tuán)聚變領(lǐng)域首席科學(xué)家段旭如表示，從全球發(fā)展看，聚變商用有望在2050年前后實(shí)現(xiàn)，但也不排除隨著高溫超導(dǎo)、人工智能、先進(jìn)材料等技術(shù)的突破，商業(yè)落地時(shí)間進(jìn)一步提前。
從東方超環(huán)千秒放電，到直線型裝置快速迭代，再到Helion喊出2028年前為微軟供電的倒計(jì)時(shí)計(jì)劃，一切都說明：核聚變商業(yè)化“賽道”，已進(jìn)入工程倒計(jì)時(shí)階段。當(dāng)前，“十五五”能源規(guī)劃正緊鑼密鼓地制定中，核聚變或?qū)⒃谖磥砦迥暧瓉黻P(guān)鍵突破窗口。
多樣路徑，中國“人造太陽”的創(chuàng)業(yè)群像
不同路徑匯成了當(dāng)下中國商業(yè)核聚變的產(chǎn)業(yè)版圖。
3月，在距離西安古城墻北面30公里左右的陜西星環(huán)聚能科技有限公司所在地，研究人員正在抓緊進(jìn)行高溫超導(dǎo)磁體的研發(fā)，為下一代可控核聚變裝置的建設(shè)做準(zhǔn)備。
星環(huán)聚能成立于2021年，由原清華大學(xué)的聚變實(shí)驗(yàn)室成員創(chuàng)辦。“我們不是換方向，而是換一種解題方式。”創(chuàng)始人陳銳表示。
公司成立后，僅用279天，就與清華大學(xué)共同完成了SUNIST-2聚變實(shí)驗(yàn)裝置的建設(shè)，并成功獲得第一等離子體。2023年10月，他們用三個(gè)月時(shí)間將等離子體電流提升了一倍，裝置磁場指標(biāo)達(dá)到了同類技術(shù)中的世界領(lǐng)先水平。讓原本停留在理論層面的構(gòu)想，變成了現(xiàn)實(shí)可行的工程方案。
去年，該公司在球形托卡馬克多個(gè)領(lǐng)域均實(shí)現(xiàn)了突破，包括實(shí)現(xiàn)國際首個(gè)重復(fù)重聯(lián)技術(shù)方案的穩(wěn)定運(yùn)行，以及在高溫超導(dǎo)磁體研發(fā)方面進(jìn)展明顯。同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了聚變衍生技術(shù)的產(chǎn)品化和商業(yè)化，產(chǎn)生了一定的銷售訂單，開始具備自主盈利的“造血”能力。
在成都龍泉驛，2025年2月19日的陽光灑在一處正在改建的工業(yè)基地上，瀚海聚能的聚變裝置基地工程正式啟動(dòng)。這家成立于2022年的年輕公司專注于直線型場反位形(FRC)技術(shù)，目標(biāo)是用更緊湊、更靈活的裝置構(gòu)建“小型人造太陽”。
“傳統(tǒng)路線必須持續(xù)穩(wěn)定地‘點(diǎn)燃太陽’，但這對(duì)材料、控制系統(tǒng)都是極大挑戰(zhàn)。”公司董事長項(xiàng)江解釋說，“如果說傳統(tǒng)技術(shù)像是龐大的地鐵系統(tǒng)，我們想造的，是一輛輕盈高效、跑得快的磁浮車。”
為了解決商業(yè)化路上的“燒錢”難題，瀚海聚能提出了“沿途下蛋”的策略，即在聚變發(fā)電實(shí)現(xiàn)前，先利用聚變中產(chǎn)生的中子開發(fā)醫(yī)療和工業(yè)中子源技術(shù)，服務(wù)于癌癥治療、核藥同位素生產(chǎn)、中子成像和核廢料處理等多個(gè)領(lǐng)域，從而打通短期商業(yè)變現(xiàn)的路徑。“這既是科學(xué)探索，也是一場持續(xù)造血的商業(yè)試驗(yàn)。”項(xiàng)江說。
在上海臨港，另一支團(tuán)隊(duì)的節(jié)奏也在加快推進(jìn)。能量奇點(diǎn)成立于2021年，是國內(nèi)首家聚變創(chuàng)業(yè)企業(yè)，其“洪荒”系列裝置瞄準(zhǔn)的是高溫超導(dǎo)托卡馬克技術(shù)。
去年，能量奇點(diǎn)自主研發(fā)的“洪荒70”裝置成功完成等離子體放電，邁出了關(guān)鍵一步。今年3月，他們又在磁體技術(shù)上取得突破——新一代“大尺寸強(qiáng)磁體”成功達(dá)到21.7特斯拉的磁場強(qiáng)度，刷新了由美國麻省理工學(xué)院與CFS公司保持的20.1特斯拉的世界紀(jì)錄。按照計(jì)劃，下一代“洪荒170”裝置目標(biāo)直指全球先進(jìn)水平的美國SPARC項(xiàng)目。
前路不易，核聚變商業(yè)化的挑戰(zhàn)與破局
盡管核聚變前景廣闊，但商業(yè)化過程中仍存在多重挑戰(zhàn)。
首先是技術(shù)層面的難題。多位受訪專家學(xué)者指出，當(dāng)前核聚變技術(shù)需要解決三大關(guān)鍵問題：
一是穩(wěn)定運(yùn)行的挑戰(zhàn)，聚變裝置必須從短時(shí)間的實(shí)驗(yàn)逐步過渡到連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，目前國內(nèi)裝置的運(yùn)行時(shí)間普遍僅為百秒量級(jí)，遠(yuǎn)未達(dá)到數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天的需求;
二是材料和零部件的可靠性挑戰(zhàn)，聚變裝置內(nèi)高溫、高中子輻照的極端環(huán)境需要專門的“超級(jí)防護(hù)服”，即抗中子輻照、高耐熱材料，但目前相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)配套還不成熟;
三是能量增益效率問題，要真正實(shí)現(xiàn)能量輸出大于輸入的凈能量增益，需要進(jìn)一步提高裝置整體效率與協(xié)同運(yùn)作能力。
產(chǎn)業(yè)方面，項(xiàng)江等表示，目前產(chǎn)業(yè)鏈配套還遠(yuǎn)不成熟。“我們就像打造一個(gè)‘煉丹爐’，不僅需要突破‘煉丹’技術(shù)，‘煉丹爐’本身要能承受上千萬度等極端條件帶來的瞬間沖擊，這是一項(xiàng)復(fù)雜工程，需要聚變公司自身以及聯(lián)合相關(guān)上下游企業(yè)共同努力。”
其次是資金瓶頸。陳銳表示，過去五年中國市場化資金對(duì)核聚變領(lǐng)域的投入僅為5億美元，明顯低于美國同期約50億美元的投資規(guī)模，資金不足導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)研發(fā)進(jìn)度和規(guī)?；l(fā)展受到明顯限制。
再次是公眾認(rèn)知不足。受歷史上核裂變事故的影響，公眾普遍對(duì)核聚變?nèi)狈η逦恼J(rèn)識(shí)，擔(dān)憂輻射風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染問題，影響了社會(huì)支持力度與政策傾斜。
那么，核聚變真的安全嗎?會(huì)不會(huì)像核電站那樣有污染?受訪專家表示，通俗地說，聚變就像是地球上的“太陽模擬器”，它的燃料來自海水，不會(huì)失控爆炸，反應(yīng)一旦中斷就自然熄滅，產(chǎn)物幾乎無污染。它更像是一顆“可控的太陽種子”，而不是危險(xiǎn)的定時(shí)炸彈。
針對(duì)這些問題，業(yè)內(nèi)專家建議，國家應(yīng)加快構(gòu)建適合聚變技術(shù)的專門監(jiān)管體系，明確項(xiàng)目審批流程與安全標(biāo)準(zhǔn);出臺(tái)具體支持政策，包括資金扶持、稅收優(yōu)惠與土地使用政策;同時(shí)推動(dòng)國家隊(duì)與商業(yè)公司在科研平臺(tái)、人才培養(yǎng)等方面開展深度協(xié)作。此外，應(yīng)大力開展公眾科普教育，消除公眾對(duì)核聚變技術(shù)的誤解，提升公眾對(duì)聚變清潔安全特性的認(rèn)知。
“當(dāng)社會(huì)需要核聚變的時(shí)候，核聚變就能實(shí)現(xiàn)。”托卡馬克之父阿爾茨莫維奇半個(gè)世紀(jì)前的預(yù)言，如今正距離我們越來越近。這場“點(diǎn)亮太陽”的接力跑，正由科研機(jī)構(gòu)、商業(yè)公司、資本和政策接續(xù)推進(jìn)。
