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一下子集中20多家央企、科研院所、高校搞事情，而且是中核集团牵头，你上次看到这样的阵容，是什么时候？中国聚变能源有限公司挂牌。中国的事情往往有消息越短事情越大的传统。光是“可控核聚变”这个关键词，事情的确不小。但能不能够上个“大”，还需要进一步观察。反正正缺概念的大A是先反应了一波，“可控核聚变”多只概念股纷纷上涨。不过，技术跃迁，大A指不上。最早的说法是，2023年以来，国务院国资委启动了实施未来产业启航行动，明确可控核聚变领域为未来能源的唯一方向。这一关键表述的变化，不管是担心话说太满防范回旋镖，还是怕打击其他新能源产业积极性，又或者是出于减少市场炒作风险考虑呢……反正气氛拉足了。在AI、基因编辑等前沿领域，美国先行一步，而在可控核聚变上，中美之间的差距最小。如果只看申请专利的企业和研究机构的国籍来看，中国甚至排在首位，超过美国。而可控核聚变一旦在中国手里实现，那就意味着人类文明的再次升级。最容易理解的一个说法，即便马斯克的星舰真能第一个载人登陆火星，但这要火星移民梦，估计中国能后发先至。这么说吧，如果可控核聚变技术突破不了，人类注定要困在地球上。当然，这很遥远。工业革命以来，人类文明的总功率平均每年增加2%到3%，按每3% 的年增长率计算，那么 700 年后的能耗会是现在的十亿倍。因此，寻找更高效、能量密度更高的能源，是人类一直以来的目标。人类进化目前所遇到的最大瓶颈，总的来说都可以概括为能源瓶颈。人类之所以冲不出太阳系的束缚，主要就是受限于化学能的重量和低效，导致绝大部分星际飞船的载重都消耗在燃料重量本身上了，燃料占航天器重量比例可以高达90%。比如SpaceX的重型猎鹰重1420.8吨，低轨运载能力为63.8吨，同步转移轨道运载能力为26.7吨；中国的长征五号，起飞总重量为859吨，但是其近地轨道运载能力仅为25吨。可见目前航天器的运载效率有多低。理论上看，1克核聚变燃料可产生的热量与一油罐车约8吨石油产生的热量相同，是目前核电站产生核裂变反应产生热量的4倍。有自媒体推算过，如果可控核聚变能够实现，那么仅需要大概一辆“百吨王”装载的原材料就可以产生人类一年的发电量。假如可控核聚变能够实现，人类将会在相当长时期摆脱能源的束缚。至少，世界能够消除一个战争的重大隐患。再往小的说，科学家们认为，可控核聚变“材料无限、廉价、清洁、安全”，是真正的绿色能源。有关可控核聚变的种种好处，欧盟能源总局曾经在一份新闻稿中对其有过这样的描述：“核聚变发电不会产生二氧化碳，因此在实现零排放目标的道路上具有重要意义。核聚变反应本身具有固有的安全性，当燃料供应或电源关闭时，反应会停止，不会产生高水平、长寿命的放射性废物。”试想，假如可控核聚变真的像宣传中所说的那样，能够为我们提供足够低价的能源。那么，我们的生活乃至地球生态将会出现无限的可能性：比如，将全部公路改造为无线充电公路，电动车免费续航将不再是梦；直接蒸馏海水进行海水淡化，彻底解决缺水的问题；至于石油美元，那更将不复存在……理想很丰满，但现实往往很骨感。实现可控核聚变有多难？核聚变不难，难的是实现可控核聚变。目前我们已知唯一的核聚变应用，只有带来毁灭的氢弹。太阳能量的来源，就是太阳内部的核聚变反应，其环境条件是1500万摄氏度和2650亿个地球大气压。对于地球环境来说，能做文章的就只有高温了。具体来说，最低聚变条件的温度大概是5000万至1亿摄氏度。而地球上已知现存的最高熔点物质是五碳化四钽铪，其熔点在4200℃。核聚变反应中的等离子体可以轻松熔穿这一物质。 因此，必须要把等离子约束住，不让其触碰到装置材料，温度还要足够高。一种是磁约束核聚变，托卡马克装置就是这个技术路线的重要实现手段，也是中国目前主要研究方向；另一种是惯性约束核聚变，其主要代表是美国NIF实验装置。目前，世界上在建的最大托卡马克装置是1985年由欧盟、中国、韩国、苏联、日本、印度和美国等大国共同立项建设的国际热核聚变实验堆（ITER）。ITER计划将于2025年建成。不过，目前世界上所有的托卡马克装置都是能量怪兽，吃得多出货少。相对于托卡马克装置，NIF的最显著特点倒是能实现能量增益 ，即输出能量大于输入能量。毕竟，假如输入能量大于输出能量，发电根本就无从谈起。迄今为止，NIF成功将点火次数增至四次，NIF的首席女科学家——物理学家Annie Kritcher也在前不久入选了Nature年度十大人物之一。这一试验，证明点火成功并实现能量净增益是可重复的。2022年 12 月 14 日，劳伦斯利·弗莫尔国家实验室首次实现可控核聚变点火成功，在向目标提供 2.05 兆焦耳（MJ）的能量之后，产生了 3.15 兆焦耳的核聚变能量输出，能量增益约为 1.5。这是NIF首次点火后实现能量净增益。当时不论国内外，许多媒体都欢呼雀跃，实现可控核聚变仿佛已经近在眼前。美国能源部更是放出话评价道，“这一突破将永远改变清洁能源和美国国防的未来”。NIF的能量净增益实验，的确是可控核聚变的一项飞跃，但是这并非事情的全貌。虽然第一次成功点火给靶向材料输入的能量仅仅只有2.05兆焦，但并没有算上给设备充电所用的能量，而给设备充电所用的能量达到了322兆焦之多。这就好像你反复用足球游戏模拟验证你们校足球队也是有可能夺得世界杯的，然而模拟验证的过程就花去了一万年一样。另外，以目前NIF惯性约束核聚变所输出的能量来看，每天需要点火一百万次才能和一个发电厂的发电量相当。而NIF的四次点火都仅仅只持续了几秒钟而已。所以，NIF的实验意义当然重大，但从实践和商用的角度来看，它则更像一个还没学会爬的婴儿。相比NIF惯性约束核聚变装置，托卡马克反应堆的一大优势是连续运行时间较长，中国的EAST装置目前保持着连续运行时间102秒的世界纪录。集多国之力的ITER即便建成，也不能持续工作，每次工作400-600秒就需要进行维护保养，每天预计能工作大约20次。退一步说，即便可控核聚变能够持续产生能量，那么要如何提取这些能量呢？答案是烧开水，然后用蒸汽带动涡轮发电机发电，而烧开水的能量传导效率本身就是非常低的。相比大模型、超级芯片，可控核聚变可能是我们目前在未来研究领域最接近世界水平的一个领域。“中国环流三号”是中国自主设计研制的可控核聚变大科学装置，它也被称为新一代“人造太阳”。它比普通的运行模式更具经济性，因此被选为正在建造的国际热核聚变实验堆（ITER）的标准运行模式。近年来，由于超导材料产能的提升，让可控核聚变实验的条件越来越充分，托卡马克的建设速度也有了明显提升，主打一个“力大砖飞”。但是，从此次中核集团牵头搞的事情来看，我们在可控核聚变上的成就似乎还不止于此？“唯一”这一字眼的出现，让人禁不住浮想联翩。是不是中国已经结束了广撒网的探索阶段，或者在关键技术上实现了决定性的突破，剩下的可能只是时间问题？而中国聚变能源有限公司这种“中字头”公司的成立，是不是表明，国家已经开始考虑如何利用可控核聚变的问题了？即使不是发电，也有可能是其它重要的领域？美国那边，NIF惯性约束核聚变装置比起托卡马克装置NIF更有实用性。还记得NIF惯性约束核聚变装置点火成功时候，美国官方给出的那句评价吗——NIF的价值并不仅仅在于实现可控核聚变，还能在不违反《全面禁止核武器实验条约》的情况下，强化美国核武器的基础研究。 此外，从未来星际旅行推进航天器的角度来看，以NIF为代表的惯性约束核聚变路线也是唯一可能的手段。理论上装备惯性约束核聚变发动机的飞行器可以达到光速1%-10%，这一个非常有诱惑力的速度，它将使得我们能在40-100年内到达比邻星。虽然距离科幻文学中的星际旅行速度距离差得有点大，但这恐怕已经是人类可希望进行星际旅行的速度极限了。除了美国“国家队”的NIF在搞可控核聚变外，美国的私营民间力量也同样不可忽视。国家搞出如此高规格、大排面的动向，和去年几个非常有意思的新闻或许也有关系。去年，美国的Helion Energy公司宣称，他们将在2024年造出首个聚变发电机。微软公司与Helion能源公司签署购电协议，将于2028年向后者购买50兆瓦电力。从Helion Energy公布的技术路线来看，确实在理论上可行，而且不用靠“烧开水”发电。但其是否能够成功点火，是否能够实现能量增益，都未可知。另外，OpenAI创始人山姆·奥特曼投资Helion能源公司3.75亿美元，两家企业将深度合作，用AI大模型加快可控核聚变的实验进度。不知道国家定调将可控核聚变定为未来能源的发展方向，背后是否也有这方面的相关考虑。可控核聚变看上去很美，但估计我们这一代人恐怕不容易看到了。 抛开目前实践的瓶颈不谈，可控核聚变是否能够为人类真正实现能源自由，其实都未有定论。有关核聚变的“材料无限、廉价、清洁、安全”几乎暂时都不成立，越来越像一个绚丽的肥皂泡。拿核聚变反应中最容易实现的氘氚反应来说，虽然氘在地球上近乎无限。但氚其实非常稀有，必须依靠核工业体系来进行人工制备，数量十分有限。此外，氘氚聚变并不是可控核聚变的最佳方案，因为氘氚聚变不但要控制氚泄漏，还会产生中子。实验器材经中子照射后，将会不断被损耗并变得具有放射性。位于美国加州的初创公司“三氦能源科技”（TAE Technologies）计划使用普通氢和硼，而位于美国华盛顿州初创公司“氦核能源”（Helion Energy）则将融合氘和氦3。它们共同的特点是在实验中只会产生低中子，这样就可以避免造成材料损伤和放射性。但是，普通氢和硼反应需要10亿摄氏度，氚和氦3的燃烧温度则为2亿摄氏度。以目前的托卡马克装置，只能做到一亿摄氏度，连应付氘氚反应都很费力了，NIF惯性约束聚变也不过能达到3亿摄氏度。另外，氦3几乎和氚一样稀有，人类难以获得，去月球开采目前又没这个技术。为了解决这个问题，Helion Energy的首席执行官大卫.科特里表示，可以通过在燃料混合物中加入额外的氘，发生氘-氘聚变反应来产生氦3。但问题是，氘-氘反应同样会产生中子，这不又还是绕回去了么？而目前相对门槛较低的氘氚实验，即便最终能够在50年内投入商用，其电价相比其他能源也没有任何优势，会高于现在的核电与火电一到两个数量级。综上所述，以目前人类科技的发展水平来看，要想用可控核聚变实现“材料无限、廉价、清洁、安全”即便不说是背道而驰，也可以说是遥不可及。事实上，虽然人类一直渴望在可控核聚变上有所成就，但每年往这个项目投入的资金并不算多。山姆·奥特曼投资Helion Energy的费用仅仅只有3.75亿美元，而前文提到的TAE是一家成立于1998年的公司，到今天为止，也就总共融到了22亿美元。如果可控核聚变真的是一个很快就要投入商用的项目，那么资本绝对不会放弃这个巨大的蛋糕。要知道，ChatGPT大火之后，微软一次为OpenAI追加投资就达到百亿之多，更不用说微软为收购动视暴雪一个游戏公司就花费687 亿美元了。美国最大内存芯片制造商美光科技要在纽约州中部打造一个巨型晶圆厂，其计划总投资更是达到1000亿美元级别。可控核聚变这个技术的畅想诞生于上个世纪，距离它的实现，永远都距离50年。根据中国核工业中长期发展的远景目标，到本世纪中叶，要实现核聚变能的应用。当大分化时代来临，舆论撕裂，信息泛滥。你缺的不是信息，而是专业的判断和分析能力。获取一个观点容易，但自己掌握一套方法论不易。我们研判团队费心整理了两份报告，总结了跟踪各类重要会议的方法，以及关注的侧重点。
