北京
陳慶春/文
“人工智能也許是人類(lèi)社會(huì)最后一次技術(shù)革命，當(dāng)然可能還有能源的核聚變。”這是6月10日，華為首席執(zhí)行官任正非在接受媒體訪談時(shí)，所下的結(jié)論。
核聚變產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)與人工智能比肩而立，成為熱度極高的前沿技術(shù)。
7月8日，在未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)十周年慶典·科學(xué)峰會(huì)的物理專(zhuān)場(chǎng)研討會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)校長(zhǎng)薛其坤興奮地表示：“可控核聚變的實(shí)現(xiàn)將會(huì)是未來(lái)二十年最具顛覆性的科學(xué)變革，這會(huì)永久改變?nèi)祟?lèi)能源問(wèn)題，足以支撐未來(lái)任何一次工業(yè)革命”。
7 月 14 日，在中國(guó)河北舉行的第三屆氫硼聚變研討會(huì)首次匯聚了中、法、德、美等11個(gè)國(guó)家和地區(qū)近50家頂尖科研機(jī)構(gòu)的專(zhuān)家學(xué)者。今年第三屆的參會(huì)人數(shù)突然猛增到去年的三四倍，正如核聚變技術(shù)在今年多次發(fā)生的非線(xiàn)性突破，出乎意料卻又在規(guī)劃之中。
7月14日，第三屆氫硼聚變研討會(huì)在中國(guó)河北舉行
在美國(guó)，谷歌宣布向核聚變初創(chuàng)公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）追加注資，并與該公司簽署了一項(xiàng)購(gòu)買(mǎi)電力的協(xié)議。這已是谷歌四年內(nèi)第三次投資核電領(lǐng)域。而另一家美國(guó)可控核聚變公司Helion，在它的投資人列表里，不僅有微軟，還有風(fēng)頭正勁的 OpenAI 創(chuàng)始人山姆·奧爾特曼，以及馬斯克。
7月22日，中國(guó)聚變能源有限公司掛牌成立大會(huì)在滬舉行，是中核集團(tuán)直屬二級(jí)單位，也是推進(jìn)我國(guó)聚變工程化、商業(yè)化的創(chuàng)新主體。至此，中國(guó)以“國(guó)字頭+科研機(jī)構(gòu)+民營(yíng)企業(yè)”的全矩陣姿態(tài)，壓向核聚變賽道。
是什么引爆了全球?qū)司圩兊臒岫?？為何中外大佬，無(wú)論是企業(yè)家還是科學(xué)家，都要站出來(lái)為核聚變背書(shū)呢？核聚變又是什么？這可能是所有人看到這里最想問(wèn)的問(wèn)題。
核聚變：
改寫(xiě)全球能源格局，氫硼聚變?nèi)髢?yōu)勢(shì)明顯
能源，一直是各個(gè)國(guó)家的宿命。中東天然就有石油，卡塔爾的優(yōu)勢(shì)就是天然氣，鈾就是主要分布在澳大利亞、哈薩克斯坦、加拿大。美國(guó)就是世界第一大礦產(chǎn)資源強(qiáng)國(guó)，鐵礦石、鉛、鋅、銀、鋁等產(chǎn)量均居世界前列。能源，是影響地緣政治的關(guān)鍵因素。
能源，也一直是人類(lèi)發(fā)展的威脅。一是能源總有枯竭的一天，比如常規(guī)煤炭的可采年限約為 130 年；二是國(guó)際能源署警告，這種 “燃燒世界的模式”將使全球溫度上升2°C。
受控核聚變技術(shù)，則有望改變?nèi)缃竦哪茉锤窬峙c現(xiàn)狀。這項(xiàng)技術(shù)可為全球提供廉價(jià)、無(wú)限的清潔能源——電。新奧能源研究院院長(zhǎng)劉敏勝認(rèn)為：“一旦核聚變實(shí)現(xiàn)商業(yè)放電，一度電只需要幾分錢(qián)，全球不會(huì)再有所謂的資源優(yōu)勢(shì)國(guó)家。資源的爭(zhēng)奪，將變成技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。”
新奧能源研究院院長(zhǎng)劉敏勝在第三屆氫硼聚變研討會(huì)上
核聚變不僅能緩解地緣沖突，解決全球能源發(fā)展不平衡的問(wèn)題，更能重塑電力行業(yè)。它的技術(shù)原理是，輕原子核結(jié)合成較重原子核并放出巨大能量的過(guò)程，類(lèi)似于太陽(yáng)。通過(guò)太陽(yáng)中央極高的壓力與溫度（約1500萬(wàn)攝氏度）使氫原子核發(fā)生聚變，4個(gè)氫核（質(zhì)子）最終融合成1個(gè)氦核，損失的質(zhì)量按照愛(ài)因斯坦公式 E=mc2轉(zhuǎn)化為能量，以光和熱的形式釋放出來(lái)。所以，核聚變又稱(chēng)之為“人造太陽(yáng)”。
與聚變并列的是核裂變，指一個(gè)重原子核（鈾-235、钚-239等放射性同位素）吸收一個(gè)中子后，不穩(wěn)定地分裂成兩個(gè)或多個(gè)較輕的原子核，同時(shí)釋放出大量能量，而伴隨著的還有更多的中子和輻射。
核聚變是“聚在一起”，核裂變是“裂開(kāi)分散”。兩者同樣都能產(chǎn)生巨大的能量，這些能量再轉(zhuǎn)化成電力能源。裂變材料還可用于制造核武器，但核裂變會(huì)產(chǎn)生大量長(zhǎng)半衰期高放射性的核廢料，如果發(fā)生事故造成的放射性物質(zhì)的泄漏可以擴(kuò)散到距離反應(yīng)堆幾百甚至上萬(wàn)公里的區(qū)域，另外還存在核擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。
相較而言，核聚變更為安全，但技術(shù)門(mén)檻更高。核聚變科技，根據(jù)采用的聚變?nèi)剂系牟煌址譃殡熬圩?、氫硼聚變等，它們?cè)诰圩儠r(shí)都需要極高溫度和高壓等嚴(yán)苛條件，實(shí)驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜昂貴。比如，氘氚聚變需要上億攝氏度，氫硼聚變則需要更高的溫度條件。
氫硼聚變雖然實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度最高，但它也具有三大優(yōu)勢(shì)：
一是原料是氫和硼，儲(chǔ)量豐富，容易獲取，成本低廉。相對(duì)而言，氘氚聚變中的氚極其昂貴，目前 1 克氚標(biāo)價(jià)600 萬(wàn)元。
二是產(chǎn)物無(wú)放射性中子。氫硼聚變的反應(yīng)過(guò)程不產(chǎn)生中子，因此安全無(wú)輻射。而傳統(tǒng)的氘氚聚變會(huì)釋放大量中子，對(duì)反應(yīng)堆部件抗中子輻照性能及人員安全防護(hù)都有極高的要求。
三是聚變產(chǎn)物是α粒子，可高效直接發(fā)電，且輸出的為兆伏的特高壓電。
這三大優(yōu)勢(shì)讓氫硼聚變被業(yè)界視為更具商業(yè)化前景的“終極能源”，而劉敏勝所說(shuō)的、能改變能源格局的，便是氫硼聚變。
劉敏勝稱(chēng)，新奧從 2006 年成立能源研究院以來(lái)，一直在做各種前沿、創(chuàng)新的新能源的研究探索，生物質(zhì)能源、煤制天然氣、光伏，以及儲(chǔ)能技術(shù)。從可廣泛商業(yè)化的焦慮看，這些技術(shù)都不能解決終極能源的需求。于是2017 年新奧將目光投向了緊湊型聚變。在經(jīng)過(guò)五年的深入縝密的全球調(diào)研和探索論證之后，新奧選定了球形環(huán)氫硼聚變技術(shù)路線(xiàn)。
從上世紀(jì) 50 年代起，全球開(kāi)啟核聚變研究，至今仍未達(dá)成商業(yè)化發(fā)電。業(yè)內(nèi)曾戲稱(chēng)，核聚變距離商業(yè)實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)有50年，也就是“50 年悖論”。但今年以來(lái)的接連突破，讓整個(gè)物理科學(xué)界和行業(yè)機(jī)構(gòu)組織看到了新的時(shí)間窗口，有可能20 年后即可進(jìn)入商用化階段。
點(diǎn)火前夜：
技術(shù)非線(xiàn)性突破，商業(yè)化前景逐漸清晰
無(wú)論是哪種聚變技術(shù)路線(xiàn)，想要聚變反應(yīng)真正能夠發(fā)生，也就是達(dá)到點(diǎn)火要求，有兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)一定要看：聚變?nèi)朔e與聚變?cè)鲆嬉蜃?/strong>Q。
聚變?nèi)朔e是衡量核聚變反應(yīng)效率和性能的關(guān)鍵指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)，需要同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時(shí)間，三者的乘積稱(chēng)為聚變?nèi)朔e。根據(jù)勞遜判據(jù)，只有聚變?nèi)朔e大于一定值（5×1021m?3·s·keV，這是氘氚點(diǎn)火的三乘積要求,氫硼更高），才能產(chǎn)生有效的聚變功率輸出。
勞遜判據(jù)（Lawson Criterion）是判斷受控核聚變能否實(shí)現(xiàn)能量?jī)糨敵龅拈撝禇l件，其核心思想是：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)聚變反應(yīng)釋放的能量必須大于系統(tǒng)損失的能量。這一判據(jù)通過(guò)量化溫度、等離子體密度和能量約束時(shí)間三者的乘積來(lái)評(píng)估反應(yīng)效率。
聚變?cè)鲆嬉蜃観是直接衡量聚變反應(yīng)堆品質(zhì)的參量。其定義為聚變反應(yīng)產(chǎn)生的聚變能量輸出值與外部能量輸入值之比。當(dāng)Q=1時(shí)，輸出能量與輸入能量達(dá)到平衡。但由于能量輸入和輸出過(guò)程會(huì)有能量損耗，為了保證反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，需要更高Q值（至少達(dá)到Q=5）才可能在不需要外部加熱的條件下實(shí)現(xiàn)自我維持，達(dá)到真正的點(diǎn)火條件。如果再考慮到反應(yīng)堆的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)等成本，則Q值至少等于10達(dá)到經(jīng)濟(jì)平衡，Q值大于30的時(shí)候核聚變發(fā)電站有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
為了達(dá)到聚變反應(yīng)所要求的聚變?nèi)朔e與聚變?cè)鲆嬉蜃観，就需要設(shè)計(jì)一個(gè)非常精妙的聚變反應(yīng)裝置。
中國(guó)國(guó)際核聚變能源計(jì)劃執(zhí)行中心副主任顏曉虹4月在中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì)高峰論壇上介紹，實(shí)現(xiàn)核聚變的關(guān)鍵是約束，核聚變的約束方式主要包括重力約束、慣性約束和磁約束三類(lèi)。根據(jù)約束方式的不同，聚變反應(yīng)裝置也會(huì)有所不同：
重力約束主要是太陽(yáng)、恒星；慣性約束，就是用高能激光或粒子束，在極短的時(shí)間內(nèi)壓縮微小燃料靶丸，使其因自身慣性能量不易流失，從而發(fā)生聚變，因此要有靶丸和產(chǎn)生激光或粒子束的裝置，代表裝置是NIF（美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置）、神光II（中國(guó)）；磁約束，通過(guò)復(fù)雜的磁場(chǎng)將高溫等離子體約束在空間內(nèi)，防止其與壁面接觸、流失熱量，從而維持聚變所需環(huán)境，代表裝置是EAST（中國(guó)）、ITER（國(guó)際）的大型托卡馬克，以及中國(guó)新奧的玄龍-50U 球形環(huán)（緊湊型）托卡馬克，Wendelstein 7-X（德國(guó)）的仿星器，等等。
左為傳統(tǒng)托克馬克，右為球形環(huán)，圖片源自普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室。
裝置設(shè)計(jì)，是核聚變實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破的關(guān)鍵所在，每一次重大的技術(shù)躍遷只能通過(guò)更換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。但每一次新裝置的完成，要達(dá)到設(shè)計(jì)之初的技術(shù)參數(shù)，也需要一段時(shí)間。今年恰恰就是過(guò)去幾年建設(shè)的核聚變裝置，頻繁實(shí)現(xiàn)技術(shù)爬高的一年。
1月20日，中科院等離子所的東方超環(huán)（EAST）裝置，首次完成一億攝氏度1000秒的“高質(zhì)量燃燒”。中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體物理研究所所長(zhǎng)宋云濤表示，聚變反應(yīng)達(dá)到千秒量級(jí)才能自我維持，跨越“億度千秒”意味著人類(lèi)率先在實(shí)驗(yàn)裝置上模擬出未來(lái)聚變堆運(yùn)行所需的環(huán)境。
3月28日，中核集團(tuán)西南物理研究院的中國(guó)環(huán)流3號(hào)首次實(shí)現(xiàn)原子核和電子溫度都突破一億攝氏度，原子核溫度達(dá)到1.17億度，電子溫度達(dá)到1.6億度，綜合參數(shù)大幅提升。
4月16日，新奧玄龍-50U裝置實(shí)現(xiàn)等離子體電流達(dá)到一百萬(wàn)安培（兆安），溫度達(dá)到4000萬(wàn)度，這是全球首次實(shí)現(xiàn)兆安級(jí)氫硼等離子體放電。5月，該裝置再獲關(guān)鍵工程技術(shù)突破：環(huán)向場(chǎng)（TF）線(xiàn)圈成功實(shí)現(xiàn)150kA電流、平頂1.6s的穩(wěn)定通流，對(duì)應(yīng)裝置大半徑0.6米處的磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá) 1.2T（特斯拉），同步驗(yàn)證了磁體線(xiàn)圈達(dá)到工程滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)。這標(biāo)志著“玄龍-50U”裝置的所有工程設(shè)計(jì)指標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)，成為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)秒級(jí)1.2T以上磁場(chǎng)條件的球形環(huán)裝置，為氫硼聚變所需的高溫高密度條件筑牢了硬件根基。
新奧玄龍-50U于2023年底建成，今年便實(shí)現(xiàn)全球首次兆安級(jí)氫硼等離子體放電。
與中國(guó)同步的是，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF）在2025年繼續(xù)推進(jìn)核聚變點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了 Q = 4 的聚變?cè)鲆妫ㄝ敵瞿芰渴禽斎肽芰康乃谋叮环▏?guó)WEST裝置在5000萬(wàn)攝氏度的高溫條件下成功將等離子體維持了1337秒。
上一代裝置完成技術(shù)使命，很多機(jī)構(gòu)和企業(yè)陸續(xù)開(kāi)啟下一代裝置的設(shè)計(jì)和組建。
5月1日，中國(guó)聚變實(shí)驗(yàn)裝置BEST在合肥舉行工程啟動(dòng)儀式。BEST將在第一代EAST裝置基礎(chǔ)上，進(jìn)行聚變能發(fā)電演示。
7 月，新奧宣布已啟動(dòng)和龍-2裝置的選址。比玄龍-50U裝置，尺寸上大30-40%，磁場(chǎng)會(huì)提高3倍，等離子體溫度計(jì)劃達(dá)到3-5億攝氏度。同時(shí)新奧還正在設(shè)計(jì)和龍-3裝置，等離子體溫度會(huì)繼續(xù)提升達(dá)到10億攝氏度。
國(guó)際上，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）完成了世界最大、最強(qiáng)的脈沖超導(dǎo)電磁體系統(tǒng)全部組件建造，標(biāo)志著ITER工程關(guān)鍵部件建設(shè)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性完工階段。上文中提到的谷歌投資的CFS ，也已正式啟動(dòng)SPARC托卡馬克聚變裝置的組裝工作，目標(biāo)是在2027年前實(shí)現(xiàn)聚變凈能量輸出（即 Q 值大于 1）。Helion 的 Polaris裝置目前正在測(cè)試，目標(biāo)是在近期實(shí)現(xiàn)“真正用聚變產(chǎn)出電力”的世界首次演示。
對(duì)于中國(guó)與各國(guó)裝置在今年取得的技術(shù)突破，劉敏勝將其稱(chēng)之為“非線(xiàn)性技術(shù)突破”，如去年新奧的玄龍-50U裝置磁場(chǎng)強(qiáng)度只有 0.5 特斯拉，今年上半年就突破 1.2 特斯拉。這種翻番式技術(shù)參數(shù)突破，未來(lái)還會(huì)越來(lái)越頻繁的發(fā)生，跨度可能還會(huì)更大。
另外，這里也需要說(shuō)明兩點(diǎn)：第一，目前核聚變裝置僅是三乘積或 Q 值的某幾個(gè)參數(shù)的提升，并沒(méi)有氘氚聚變或氫硼聚變反應(yīng)，也就是沒(méi)有真正意義上的點(diǎn)火，NIF 所謂的“點(diǎn)火”只是小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)；第二，核聚變裝置具有通用性，技術(shù)參數(shù)的突破，能夠同時(shí)推動(dòng)氘氚聚變和氫硼聚變的研發(fā)進(jìn)程。
核工業(yè)西南物理研究院聚變科學(xué)所黨委書(shū)記李永革介紹，可控核聚變研究可分為原理探索、規(guī)模試驗(yàn)、燃燒實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)堆、示范堆、商用堆六個(gè)階段。目前正處于規(guī)模實(shí)驗(yàn)階段，即將步入燃燒實(shí)驗(yàn)。雖然還沒(méi)有真正意義上的核聚變反應(yīng)，但已處于點(diǎn)火前夜，技術(shù)正逐漸逼近商業(yè)化的黎明。各機(jī)構(gòu)和企業(yè)也紛紛給出了非常清晰的商業(yè)化路線(xiàn)圖。
新奧聚變實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家石躍江博士介紹稱(chēng)，新奧快速地迭代更新裝置，就是根據(jù)商業(yè)化總目標(biāo)的一個(gè)倒排，根據(jù)新奧路線(xiàn)圖，未來(lái)十年要突破共性關(guān)鍵技術(shù)，解決工程放大問(wèn)題，計(jì)劃在2035年進(jìn)入聚變堆階段。
新奧聚變實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家石躍江博士發(fā)表學(xué)術(shù)演講。
中科院等離子所、中核集團(tuán)西南物理研究院，也大體在2035年前后形成商業(yè)示范堆。ITER 則表示需要在2040年以后。但也有更激進(jìn)的，在資本的推動(dòng)下，美國(guó)CFS承諾，旗下ARC 電站2030年投入運(yùn)行；Helion則與微軟簽訂了2028年供電協(xié)議。不過(guò)這些裝置均是氘氚聚變，其成本必然是高昂的。
西安交通大學(xué)外籍教授霍迪舉例稱(chēng)：“NIF裝置用的靶丸，每個(gè)成本高達(dá)10萬(wàn)美元，而發(fā)電每天可能需要上百萬(wàn)個(gè)靶丸，經(jīng)濟(jì)上完全不劃算。”相反，他十分看好新奧的氫硼聚變：“他們有明確的技術(shù)路線(xiàn)圖，只要按里程碑逐步推進(jìn)，未來(lái)值得期待?？傊?，商業(yè)化聚變能源必須小巧緊湊，不能像現(xiàn)在的大型激光設(shè)施那么龐大?！?/p>
西安交通大學(xué)外籍教授霍迪發(fā)表學(xué)術(shù)演講。
好的預(yù)期是，核聚變研究正在打破了“50年悖論”的桎梏，將商業(yè)化預(yù)期變成了20年之約。
中國(guó)優(yōu)勢(shì)引發(fā)國(guó)際關(guān)注：
穩(wěn)坐第一梯隊(duì)
歷史上，新能源的出現(xiàn)總會(huì)打破現(xiàn)有權(quán)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生贏家和輸家，并波及多個(gè)行業(yè)和國(guó)家的不可預(yù)見(jiàn)的后果。正如上文所言，核聚變必將改變能源格局。誰(shuí)也不想輸?shù)暨@場(chǎng)比賽。
在第三屆氫硼聚變研討會(huì)上，ITER法國(guó)總部官員、對(duì)外發(fā)言人拉班·科布倫茨接受采訪時(shí)笑言：“在美國(guó)的議會(huì)里面常常聽(tīng)到一個(gè)說(shuō)法，說(shuō)我們需要給核聚變更多的經(jīng)費(fèi)，這樣的話(huà)我們就可以超過(guò)中國(guó)，否則中國(guó)就要領(lǐng)先了?！?/b>但是作為一個(gè)在歐洲工作的美國(guó)人，拉班并不認(rèn)同這種論調(diào)：“我認(rèn)為聚變一定是國(guó)際合作雙贏的前提下才能往前發(fā)展，否則真正的受害者將是全世界的人們。我不認(rèn)同議會(huì)里面這些人的態(tài)度：聚變研究不是要競(jìng)爭(zhēng)，而是要合作?！?/p>
ITER法國(guó)總部官員、對(duì)外發(fā)言人拉班·科布倫茨發(fā)表學(xué)術(shù)演講。
而霍迪則肯定地說(shuō)：“目前中國(guó)在聚變領(lǐng)域處于第一梯隊(duì)?！薄爸袊?guó)在某些領(lǐng)域甚至在領(lǐng)跑?！?/strong>他認(rèn)為，NIF雖然領(lǐng)先但優(yōu)勢(shì)不大，中國(guó)很快會(huì)趕上，因?yàn)楹戏实腅AST取得了出色成果，成都的聚變研究所、綿陽(yáng)的激光研究機(jī)構(gòu)都在快速發(fā)展。
此外，霍迪還認(rèn)為美國(guó)過(guò)于封閉：“恕我直言，建議美國(guó)同行密切關(guān)注中國(guó)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。畢竟，等聚變真正商用化時(shí)，現(xiàn)在的專(zhuān)利早已過(guò)期。在人類(lèi)共同挑戰(zhàn)面前，開(kāi)放合作才是正道。”
中國(guó)在核聚變領(lǐng)域的技術(shù)突破，令全球矚目。上世紀(jì) 50 年代，中國(guó)幾乎與國(guó)外同步開(kāi)啟核聚變的研發(fā)與探索。時(shí)至今日，中國(guó)核聚變產(chǎn)業(yè)已形成了非常清晰的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：第一、研發(fā)矩陣形成，國(guó)家隊(duì)+科研機(jī)構(gòu)+民營(yíng)企業(yè)；第二、產(chǎn)業(yè)鏈完整；第三、極大的開(kāi)放合作力度。
目前，從技術(shù)綜合實(shí)力以及技術(shù)實(shí)驗(yàn)成果來(lái)看，中國(guó)在核聚變領(lǐng)域的研發(fā)第一梯隊(duì)，主要包括：以中科院合肥等離子體物理研究所和中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院為主的“國(guó)家隊(duì)”，和以新奧集團(tuán)為代表的大型民營(yíng)企業(yè)。
2023年以來(lái)，國(guó)務(wù)院國(guó)資委啟動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)啟航行動(dòng)，明確可控核聚變領(lǐng)域?yàn)槲磥?lái)能源的唯一方向。2023年12月29日，由中核集團(tuán)牽頭，25家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體正式宣布成立。截至2024年12月，可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體成員單位已發(fā)展至33家，涉及上游材料供應(yīng)、制造研發(fā)和下游應(yīng)用等環(huán)節(jié)，包括能源企業(yè)、裝備制造企業(yè)、鋼鐵材料企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高校等。新奧從一開(kāi)始，就是這個(gè)創(chuàng)新聯(lián)合體的一員。
西安交通大學(xué)物理學(xué)院副院長(zhǎng)趙永濤在接受采訪時(shí)說(shuō)：“我們國(guó)家的一個(gè)特點(diǎn)就是，能快速組織起來(lái)，我覺(jué)得現(xiàn)在也是一個(gè)契機(jī)。就像國(guó)家當(dāng)時(shí)制造氫彈、原子彈一樣，舉全國(guó)之力，調(diào)集各個(gè)學(xué)科、各個(gè)方向的科學(xué)家、工程師一起去實(shí)施這樣的計(jì)劃?！?/p>
西安交通大學(xué)物理學(xué)院副院長(zhǎng)趙永濤在第三屆氫硼聚變研討會(huì)
哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授王曉剛則表示，中國(guó)聚變研發(fā)的進(jìn)展，一個(gè)是靠科研人員的努力，國(guó)家的支持，還要靠中國(guó)自身產(chǎn)業(yè)鏈的支持，中國(guó)現(xiàn)在具備可能是世界上最完整的聚變產(chǎn)業(yè)鏈。
新奧劉敏勝說(shuō)，第一代裝置玄龍-50的國(guó)產(chǎn)化率已經(jīng)達(dá)到90%以上，第二代裝置玄龍-50U基本實(shí)現(xiàn)了全國(guó)產(chǎn)。
憑借技術(shù)及供應(yīng)鏈領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，中國(guó)最近贏得了ITER未來(lái)十年核心組裝與制造的多個(gè)重要合同，包括：真空室模塊坑內(nèi)組裝合同、核二級(jí)換熱器研制合同、磁體饋線(xiàn)關(guān)鍵部件制造與交付、真空室模塊的預(yù)組裝與焊接準(zhǔn)備。中國(guó)是唯一承擔(dān)ITER核心安裝任務(wù)的國(guó)際承包方。
中國(guó)供應(yīng)鏈的完整性是一方面，而更重要的是穩(wěn)定性。趙永濤稱(chēng)，ITER項(xiàng)目曾因地緣政治問(wèn)題取消了俄羅斯的合同，導(dǎo)致項(xiàng)目停滯數(shù)天。
另外，中國(guó)核聚變行業(yè)也不太會(huì)受資本約束。據(jù)聚變產(chǎn)業(yè)跟蹤機(jī)構(gòu)Fusin Energy Base在2024年10月發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2024年10月25日，美國(guó)聚變公司吸引了超過(guò)56億美元的股權(quán)融資，中國(guó)聚變公司吸引了將近25億美元的股權(quán)投資。但中國(guó)與美國(guó)不同的是，大多投資來(lái)自于國(guó)家隊(duì)，以及私營(yíng)企業(yè)自有的資金。
美國(guó)CFS和Helion Energy兩家公司，總計(jì)融資額度分別為20 億美元和 10 億美元以上。投資人對(duì)于兩家都有明確的供電時(shí)間表。隨著時(shí)間的推移，兩家都將面臨商業(yè)化的巨大壓力。
劉敏勝認(rèn)為，在資本的裹挾下，企業(yè)研究很容易為了吸引投資，而強(qiáng)化某一個(gè)參數(shù)，導(dǎo)致技術(shù)路線(xiàn)變形。他并不是排斥外部資本，而是希望按照自己的研發(fā)節(jié)奏走向商業(yè)化。據(jù)他介紹，截止到目前，在核聚變研究上，新奧完全依靠自籌資金，已經(jīng)投入了40多億元人民幣，要完成下一代和龍-2號(hào)裝置還要繼續(xù)更多投資。但他絲毫不擔(dān)心資金問(wèn)題，因?yàn)榧夹g(shù)突破取得的成果，便是未來(lái)持續(xù)投入的信心來(lái)源。
目前，新奧聚變研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)聚集了300多人，其核心團(tuán)隊(duì)不乏國(guó)際聚變研究的重量級(jí)專(zhuān)家。如聚變物理方面，有來(lái)自美國(guó)橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室的球形環(huán)托卡馬克發(fā)明人彭元?jiǎng)P博士；在聚變實(shí)驗(yàn)與診斷控制方面，有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的宋顯明博士（有德、日、法、美等多國(guó)科研機(jī)構(gòu)研學(xué)背景），石躍江博士則曾任職中國(guó)科學(xué)院、韓國(guó)聚變研究所和首爾大學(xué)，為HT-7、EAST、 KSTAR、J-TEXT、VEST等聚變裝置研發(fā)了多套國(guó)際先進(jìn)水平的光譜診斷系統(tǒng)。
如今，在技術(shù)頻繁突破、商業(yè)前景逐漸清晰的階段，核聚變行業(yè)勢(shì)必迎來(lái)更多的資本關(guān)注。根據(jù)普林斯頓大學(xué)的研究人員測(cè)試，一座1000MW的核聚變電廠成本在27億美元到97億美元之間。若核聚變完全商業(yè)化，根據(jù)Ignition Research估算，到2050年將成為一個(gè)至少1萬(wàn)億美元的市場(chǎng)。
在中國(guó)，石油巨頭、地方國(guó)資對(duì)于核聚變行業(yè)同樣在加速升溫。2024年，中國(guó)石油昆侖資本出資29億元，持有聚變新能（安徽）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)聚變新能公司）20%的股份。今年4月，上海未來(lái)產(chǎn)業(yè)基金戰(zhàn)略投資中國(guó)聚變能源有限公司，是該基金自2023年成立以來(lái)的首個(gè)直投項(xiàng)目，也是上海國(guó)投公司在未來(lái)能源領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略布局。
獨(dú)特的資本結(jié)構(gòu)，讓中國(guó)核聚變行業(yè)保持了其他行業(yè)從未有過(guò)的開(kāi)放合作力度。新奧“玄龍-50U”實(shí)現(xiàn)四千萬(wàn)度、百萬(wàn)安培運(yùn)行，其中的中性束就是西物院和新奧合作設(shè)計(jì)的。中國(guó)國(guó)內(nèi)團(tuán)結(jié)一致，也愿意參與到全球各核聚變裝置項(xiàng)目的建設(shè)中，并邀請(qǐng)各國(guó)的技術(shù)專(zhuān)家來(lái)中國(guó)一起研討。今年新奧還啟動(dòng)了氫硼聚變研究基金，吸引了國(guó)內(nèi)19所機(jī)構(gòu)提交27份提案，最終18個(gè)開(kāi)創(chuàng)性項(xiàng)目獲得資助，以生態(tài)合力加速聚變技術(shù)突破。
堅(jiān)實(shí)的梯隊(duì)、穩(wěn)定完整的供應(yīng)鏈、開(kāi)放合作，在面對(duì)全人類(lèi)共同面對(duì)的高溫預(yù)警、能源短缺的共同命運(yùn)前面，必然會(huì)塑造一個(gè)全球競(jìng)速也全球合作的核聚變行業(yè)。
人工智能：
提升準(zhǔn)確率 縮短研發(fā)周期
人工智能正在加速核聚變技術(shù)的突破速度。特別是，生成式 AI 大模型目前在各學(xué)科領(lǐng)域的推理能力，為處理核聚變研發(fā)過(guò)程中呈現(xiàn)的復(fù)雜性，提供了新的思路和方法，如虎添翼。
在此前，由中國(guó)核學(xué)會(huì)指導(dǎo)、中國(guó)核學(xué)會(huì)核聚變與等離子體物理分會(huì)主辦、新奧集團(tuán)承辦的第四屆“受控核聚變與人工智能技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議”上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理學(xué)院教授王曉鋼指出，聚變領(lǐng)域是人工智能應(yīng)用的理想場(chǎng)景之一，聚變研究積累了大量數(shù)據(jù)，為人工智能的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
近一年來(lái)，人工智能在核聚變研究中的進(jìn)展，就如同其自身的發(fā)展，堪稱(chēng)神速。2024 年，美國(guó)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）開(kāi)發(fā)出一種 AI 模型，能夠提前 300 毫秒預(yù)測(cè)等離子體的不穩(wěn)定性；美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）成功構(gòu)建了一個(gè)用于發(fā)現(xiàn)核聚變?cè)O(shè)施新型合金的人工智能模型；今年，日本量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（QST）與日本電信電話(huà)株式會(huì)社（NTT）共同開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)利用 AI 預(yù)測(cè)等離子體約束磁場(chǎng)的技術(shù)。
石躍江博士稱(chēng)，新奧去年就組建了人工智能研發(fā)團(tuán)隊(duì)，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)核聚變領(lǐng)域的垂直大模型，解決數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)控制、數(shù)字孿生等諸多復(fù)雜問(wèn)題。他們并非僅僅將AI視為一個(gè)輔助工具，而是將其內(nèi)化為解決聚變核心問(wèn)題的關(guān)鍵邏輯。
長(zhǎng)期以來(lái)，如何精確控制聚變反應(yīng)中復(fù)雜多變的等離子體，一直是困擾科學(xué)家的核心難題。傳統(tǒng)方法在應(yīng)對(duì)多維度、多變量的耦合控制時(shí)往往顯得捉襟見(jiàn)肘，但在 AI 面前，這一挑戰(zhàn)似乎找到了突破的曙光。新奧團(tuán)隊(duì)依托自主開(kāi)發(fā)的智能控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)等離子體電流和位移等關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控，使得裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性得到了顯著提升。
從聚變裝置的平衡設(shè)計(jì)到最佳加熱方案的制定，這些任務(wù)往往需要跨越多個(gè)學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和高度的系統(tǒng)集成，過(guò)去需要頂尖人才多年的經(jīng)驗(yàn)積累和團(tuán)隊(duì)之間的高效協(xié)作。而新奧希望借助 AI，特別是大型模型強(qiáng)大的知識(shí)整合能力和小型模型精準(zhǔn)的工具調(diào)用能力，構(gòu)建一個(gè)能夠自主學(xué)習(xí)、自主決策的 “聚變專(zhuān)家”，這無(wú)疑預(yù)示著未來(lái)聚變研究范式的深刻變革。
除了核心科學(xué)問(wèn)題的攻克，新奧還將 AI 的觸角延伸至現(xiàn)有聚變技術(shù)的各個(gè)子領(lǐng)域，去年新奧聚變?cè)谥行允{(diào)優(yōu)和破裂預(yù)測(cè)方面取得的進(jìn)展，以及今年在提升診斷數(shù)據(jù)處理效率上所做的持續(xù)努力，都清晰地展現(xiàn)了 AI 在顯著提升聚變研究效率方面的巨大潛力。
劉敏勝表示，新奧在其“玄龍-50U”裝置上，利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)等離子位形的控制，并開(kāi)發(fā)了裝置的數(shù)字孿生系統(tǒng)，大大提高了多物理場(chǎng)耦合仿真的速度。
在生成式 AI的快速迭代中，AI 驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室或?qū)⒊蔀槌B(tài)，不斷壓縮核聚變技術(shù)突破的時(shí)間窗口。而與其他行業(yè)不同，AI變革下的核聚變產(chǎn)業(yè)，也將反過(guò)來(lái)解決AI急需的電力缺口問(wèn)題。
結(jié)語(yǔ)
全球科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)的合力攻堅(jiān)，核聚變已從不斷刷新的“裝置紀(jì)錄”走向愈發(fā)清晰的“商業(yè)藍(lán)圖”。特別是中國(guó)，憑借國(guó)家隊(duì)引領(lǐng)、民企創(chuàng)新與完整產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，正加速推動(dòng)“人造太陽(yáng)”從科學(xué)幻想走向電網(wǎng)現(xiàn)實(shí)。
氘氚路線(xiàn)在溫度、長(zhǎng)脈沖和三乘積上穩(wěn)步攀升，氫硼路線(xiàn)則借玄龍?50U 兆安電流和高場(chǎng)躍遷，把“無(wú)中子終極聚變”從紙面轉(zhuǎn)化為突破性的科研實(shí)驗(yàn)成果，明晰的三步走的商業(yè)化路線(xiàn)和日益完善的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，則為未來(lái)低成本、高安全的聚變商業(yè)發(fā)電目標(biāo)架起骨架。
這場(chǎng)由中國(guó)企業(yè)深度參與并引領(lǐng)的變革，終將推動(dòng)人類(lèi)從“能源約束時(shí)代”邁向“文明能級(jí)躍升時(shí)代”。
然而，黎明愈近，挑戰(zhàn)愈顯：上億攝氏度等離子體的穩(wěn)定約束、耐高溫超導(dǎo)材料的批量制備、氚自持或氫硼點(diǎn)火所需的極端條件，仍需跨學(xué)科、跨國(guó)的持續(xù)攻關(guān)；全球聚變?nèi)瞬湃笨诰薮?，既要聚變物理泰斗，也需跨學(xué)科工程師、AI 專(zhuān)家與產(chǎn)業(yè)化經(jīng)理人，以及如何快速培養(yǎng)并留住“既懂等離子體又懂 AI”的復(fù)合型工程師，都將決定未來(lái)20 年的沖刺速度。
技術(shù)突破已點(diǎn)燃火種，唯有以開(kāi)放合作彌合人才與工程鴻溝，方能真正迎來(lái)聚變照進(jìn)現(xiàn)實(shí)的曙光。
參考資料：
1、《能源雜志：核聚變突圍》
2、《財(cái)經(jīng)雜志：終極能源曙光顯現(xiàn)，全球核聚變競(jìng)爭(zhēng)提速》
3、《第一財(cái)經(jīng)：萬(wàn)億可控核聚變賽道群雄逐鹿，中國(guó)“人造太陽(yáng)”商業(yè)化曙光初現(xiàn)》
https://m.yicai.com/news/102608042.html
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