可控核聚變能否告別玄學(xué)？

1905年愛(ài)因斯坦提出著名的質(zhì)能方程之后，人類就在暢想是否有核聚變的可能。

但在很長(zhǎng)一段時(shí)間，可控核聚變都是一門不可控的玄學(xué)。

自上世紀(jì)五十年代以來(lái)，無(wú)論任何時(shí)候，你去問(wèn)物理學(xué)家“可控核聚變什么時(shí)候能夠商用發(fā)電”，得到的答案永遠(yuǎn)都是“還有30年”。五十年代是這個(gè)答案，十年前是這個(gè)答案，現(xiàn)在可能還是。

殊不知，30年已經(jīng)是個(gè)相當(dāng)樂(lè)觀的回答，在小說(shuō)《三體》里，人類要到22世紀(jì)才能掌握這項(xiàng)被稱為“人造太陽(yáng)”的技術(shù)。

而無(wú)論是“永遠(yuǎn)的30年”，還是“遙遠(yuǎn)的22世紀(jì)”，人類距離可控核聚變都還有相當(dāng)漫長(zhǎng)的一段路要走。

令人欣喜的是，如今資本的力量，似乎正在將這段路切換成“快車道”，已經(jīng)有不少VC將手中的鈔票，砸向這顆“人造太陽(yáng)”，試圖讓它盡快“發(fā)光發(fā)亮”。

事實(shí)上，就像在商業(yè)航天領(lǐng)域正在上演的那樣，資本對(duì)收益回報(bào)的貪婪，有可能誕生一項(xiàng)偉大的事業(yè)：讓人類的能源用之不竭。

商業(yè)的力量

夾雜在混亂繁蕪的科技資訊中，兩條真正奪目的科技新聞易被媒體忽視：2022年，前后不到4個(gè)月，國(guó)內(nèi)兩家成立于2021年下半年的“可控核聚變”公司先后拿到了融資。

2月份，能量奇點(diǎn)獲得將近4億人民幣的天使輪融資，投資方是米哈游，蔚來(lái)資本，紅杉種子，藍(lán)馳創(chuàng)投。

6月份，星環(huán)聚能獲得數(shù)億人民幣的天使輪融資，后面有近10家VC，包括順為資本，昆侖資本，中科創(chuàng)星，遠(yuǎn)鏡創(chuàng)投，和玉資本，紅杉種子，險(xiǎn)峰長(zhǎng)青，九合創(chuàng)投，聯(lián)想之星，英諾天使基金，元禾原點(diǎn)，華方資本等。

恰如投中網(wǎng)在一篇報(bào)道中所言，融資之所以在此時(shí)的中國(guó)接連出現(xiàn)，海外出現(xiàn)“代表性案例”無(wú)疑尤為關(guān)鍵。

2021年12月，美國(guó)“共同體聚變系統(tǒng)公司（CFS）”宣布拿到18億美元融資，這一數(shù)字刷新了人類歷史上核聚變私人投資額的新紀(jì)錄。

同樣在去年底，《自然》發(fā)表了一篇名為《通往聚變能源的競(jìng)賽》的文章，說(shuō)目前全球有大概有30家科技企業(yè)正在醉心于一場(chǎng)激動(dòng)人心的較量——成為世界上第一家成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)核聚變的企業(yè)。

這些企業(yè)通常是由知名大學(xué)或?qū)嶒?yàn)室里常年研究核聚變技術(shù)的團(tuán)隊(duì)發(fā)起（譬如CFS就由麻省理工學(xué)院等離子體科學(xué)與核聚變中心孵化），目前累計(jì)融資超過(guò)了40億美元，近一半公司在過(guò)去5年間成立（其中美國(guó)和英國(guó)所占數(shù)量位居前二）。

這些雄心壯志的企業(yè)也公布了自己的技術(shù)時(shí)間表，其中最激進(jìn)的方案是，在2025年左右，建成用于技術(shù)演示，可以產(chǎn)生電能的可控核聚變裝置；在2030年左右，建成商業(yè)上可行的聚變發(fā)電站。

從大的方面說(shuō)，可控核聚變企業(yè)的集體涌現(xiàn)，契合了人類向低碳文明的演化趨勢(shì)。在歐洲，最樂(lè)觀的估計(jì)是（我覺(jué)得過(guò)于樂(lè)觀了），到2050年，人類可以在能源使用上做到二氧化碳的零排放，讓化石能源完全退出歷史舞臺(tái)。而要達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，可控核聚變是人類必須攻克的關(guān)卡。

文明的階梯

而從更大的方面說(shuō)，只有攻克這道關(guān)卡，人類才能告別“低級(jí)文明”。

按照卡爾達(dá)肖夫“宇宙文明等級(jí)”的劃分標(biāo)準(zhǔn)，人類現(xiàn)在連I型文明都算不上（目前大概可以算是0.7-0.8型文明），因?yàn)檫_(dá)到I型文明的標(biāo)準(zhǔn)，是要能夠利用地球上的所有能量，要做到這一點(diǎn)，人類就必須控制地球上能產(chǎn)生的最大能量，即核聚變。

正因如此，可控核聚變發(fā)電，被視作人類的終極能源解決方案。

首先，核聚變產(chǎn)生的能量非常大。太陽(yáng)能夠發(fā)光發(fā)熱，就是因?yàn)樘?yáng)內(nèi)部在不斷進(jìn)行核聚變反應(yīng)。這種澎湃的能量蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部，能量密度遠(yuǎn)超石油煤炭等化學(xué)能源，就拿氫元素聚變來(lái)講，1克氫元素聚變產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于8噸汽油燃燒所產(chǎn)生的熱量。

其次，核聚變發(fā)電的過(guò)程非常清潔。無(wú)論是聚變?nèi)剂线€是發(fā)電之后的核廢料，核聚變發(fā)電的放射性都很弱，即便不幸發(fā)生核泄漏，也不會(huì)出現(xiàn)福島核事故那般嚴(yán)重的核污染事件。而且核聚變的過(guò)程也并非化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)像燃燒石油煤炭那樣釋放二氧化碳這種溫室氣體。

更重要的是，倘若你相信人類的未來(lái)征途是星辰大海，那么核聚變就是我們遠(yuǎn)航時(shí)的燃料。因?yàn)槟壳安捎没芰客七M(jìn)的火箭最多只能把人類送到火星或者金星附近，無(wú)法完成讓人類飛出太陽(yáng)系的偉大愿景（如果有的話），而達(dá)成這個(gè)愿景的最可行方式，就是人類能夠像控制火一樣自由地控制核聚變。

但這并非易事。

目前實(shí)現(xiàn)核聚變的最通常做法，是把氫原子的兩個(gè)同位素氘和氚加熱到一個(gè)比太陽(yáng)還高的溫度，并且保持一定的密度。但氘和氚的原子核會(huì)在高溫下到處“亂竄”，不能總“聚”在一起發(fā)生反應(yīng)，人們必須想辦法把它們約束在一個(gè)地方。

現(xiàn)在最主流的做法，是用一個(gè)叫做托卡馬克（Tokamak）的裝置。它是俄文“環(huán)形真空磁線圈”的縮寫音譯，早在上世紀(jì)中期就由蘇聯(lián)科學(xué)家提出。你可以把它想象成一個(gè)里面帶有強(qiáng)磁場(chǎng)的“籠子”。高溫下的氘和氚會(huì)變成帶電的離子，而離子會(huì)沿著磁力線運(yùn)動(dòng)，這樣我們只要把磁力線變成一個(gè)圈，氘和氚就會(huì)在裝置內(nèi)部的空中“繞圈”，就相當(dāng)于把它們約束住了?，F(xiàn)在科學(xué)家們做的事，就是想辦法讓約束能夠長(zhǎng)期平穩(wěn)地進(jìn)行。

比如前面提到的美國(guó)CFS公司最重要的創(chuàng)新，就是發(fā)明了一種高溫超導(dǎo)體材料，用來(lái)包裹聚變反應(yīng)爐的外殼，這能讓聚變反應(yīng)爐的磁場(chǎng)強(qiáng)度高幾十倍，從而大幅提高核聚變的發(fā)電效率，并且縮小反應(yīng)爐的體積。

而英國(guó)的托卡馬克能源公司改造了傳統(tǒng)的托卡馬克裝置，他們使用了一種球形結(jié)構(gòu)，用來(lái)提高聚變過(guò)程的能量利用效率。加拿大的通用聚變公司設(shè)計(jì)的反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)則有點(diǎn)像是活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)不停地壓縮反應(yīng)腔，像一個(gè)大號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，周期性地引發(fā)核聚變反應(yīng)。

總之如你所見(jiàn)，在成為“世界上第一家實(shí)現(xiàn)商業(yè)核聚變企業(yè)”的路上，各家公司正在齊驅(qū)并進(jìn)。這股熱火朝天的勁頭，像極了十年前的商業(yè)航天領(lǐng)域。二者起初都由政府主導(dǎo)，然后私營(yíng)企業(yè)接過(guò)創(chuàng)新的接力棒，為行業(yè)注入更多活力和想象。

但即便如此，我也不確定有生之年能否用上核聚變發(fā)的電，但我知道，未來(lái)一定有人用的上——也許，“就在30年以后”。

作者：李北辰（微信公號(hào)：鯨落商業(yè)評(píng)論）

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