國(guó)內(nèi)首個(gè)商用可控核聚變堆將建成，還是在陜西？？？

一覺(jué)醒來(lái)，可控核聚變要商用的消息就刷了屏，不少網(wǎng)友已經(jīng)在腦補(bǔ) " 是不是能用上可控核聚變發(fā)的電了 "。

再仔細(xì)一看，事情似乎沒(méi)那么簡(jiǎn)單——

新聞里提到的這個(gè)商用化的可控核聚變項(xiàng)目，連裝置都還沒(méi)搭好……

要知道，國(guó)外的 ITER、國(guó)內(nèi)合肥的 EAST 已經(jīng)做了好些年了，可控核聚變 " 商業(yè)化 " 也只敢保守地提一句 " 三十年內(nèi)實(shí)現(xiàn) "。

這個(gè)連裝置都還在搭建中的可控核聚變堆，真就能成我國(guó)首個(gè)商用項(xiàng)目了？

陜西這個(gè)項(xiàng)目，究竟是個(gè)啥？

新聞中提到的這個(gè)項(xiàng)目，由陜西星環(huán)聚能科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱 " 星環(huán)聚能 "）實(shí)施，技術(shù)源自清華大學(xué)核聚變團(tuán)隊(duì)。

據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，他們提出和設(shè)計(jì)的基于球形托卡馬克的緊湊型重復(fù)重聯(lián)聚變反應(yīng)堆（CTRFR），有望極大減少繁冗的輔助設(shè)備，顯著降低聚變堆的復(fù)雜度，并提高氚增殖率。

△星環(huán)聚能可控核聚變裝置原理圖

在建的反應(yīng)堆，則號(hào)稱是 " 我國(guó)首個(gè)小型化和快速迭代的商用可控核聚變反應(yīng)堆 "。

雖然據(jù) 36 氪披露，星環(huán)聚能目前只有20 多名員工，不過(guò)就在今年 6 月，這家公司獲得了一批數(shù)億元的融資，由順為資本、聯(lián)想之星等 10 多家機(jī)構(gòu)聯(lián)合完成。

拿到錢就開(kāi)工，目前這家公司已完成實(shí)驗(yàn)基地改造。

據(jù)星環(huán)聚能創(chuàng)始人介紹，球形托卡馬克裝置的安裝部件已全部入場(chǎng)，預(yù)計(jì)在今年十一（國(guó)慶節(jié)）之前徹底完成一代裝置組裝。

知乎 @魚(yú)昆 是實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目組員，他透露部件已于這周開(kāi)始組裝，現(xiàn)在組里做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)基本都在西安搭建這個(gè)裝置。

但這個(gè)裝置搭好后，真的就是建成了嗎？

對(duì)此創(chuàng)始人表示：

目前這個(gè)項(xiàng)目只是一個(gè)" 零號(hào)機(jī) "，只是為了驗(yàn)證整個(gè)方案的科學(xué)可行性。

也就是說(shuō)，這個(gè)反應(yīng)堆，是為后續(xù)商業(yè)可行性夯實(shí)理論基礎(chǔ)，并不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際的聚變效果。

至于不少網(wǎng)友期待的 " 并網(wǎng)發(fā)電 "，可能還得再等等等等等等一段時(shí)間……

不過(guò)，這家公司表示，如果明年進(jìn)度符合預(yù)期，他們將實(shí)現(xiàn)加熱等離子體到 1.5 keV（約 1700 萬(wàn)攝氏度，比太陽(yáng)核心溫度還高）的目標(biāo)。

也就是說(shuō)，如果這個(gè)可控核聚變堆要是建成后真的能商用，也不失為一個(gè)突破。

為什么網(wǎng)友們還是紛紛發(fā)出魯豫的聲音？

首先得說(shuō)說(shuō)可控核聚變是怎么一回事。

核聚變，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在超高溫或高壓條件下，把兩個(gè)較輕的原子核結(jié)合，形成一個(gè)較重的原子核（和一個(gè)極輕的原子核）的過(guò)程。

這個(gè)過(guò)程會(huì)以極高的效率釋放巨大的能量，而且污染小，效率高，一旦做到 " 可控 "，能創(chuàng)造巨大的能源價(jià)值。

但注意，可控核聚變的難度，并非難在核聚變，而是 " 可控 " 上。

為了達(dá)到 " 可控 "，需要約束超高溫或高壓條件下等離子體狀態(tài)的物質(zhì)，目前一般會(huì)采用慣性約束和磁場(chǎng)約束這兩種方法。

△圖源量子位 B 站視頻

現(xiàn)在的主流磁約束聚變裝置就是托卡馬克，它的性能好、研究也比較充分。星環(huán)聚能就采用的是球形托卡馬克。

再進(jìn)一步說(shuō)，如果能商用在聚變能電站、大中型船舶、海上作業(yè)平臺(tái)等，人類似乎能從此獲得取之不竭的清潔能源。

所以，可控核聚變的研究征程已經(jīng)很長(zhǎng)了，不少都正在推進(jìn)。

比如集多國(guó)之力的 " 國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃 "，早在 37 年前（1985 年）就提出了。

ITER 計(jì)劃要首次建造可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模聚變反應(yīng)的聚變實(shí)驗(yàn)堆，其裝置也是一個(gè)托卡馬克。

△ITER 組裝現(xiàn)場(chǎng)（圖源 ITER 官網(wǎng)）

1988 年，實(shí)驗(yàn)堆開(kāi)始研究設(shè)計(jì)，歷時(shí) 13 年、耗資 15 億美元，最終于 2001 年完成。2006 年，中國(guó)也正式加入該計(jì)劃。

壞消息是，至今 35 個(gè)參與國(guó)已花費(fèi)超 240 億美元，ITER 計(jì)劃仍未實(shí)現(xiàn)。

好消息是，目前 ITER 的竣工計(jì)劃定在了 2026 年前。

此外，包括英國(guó)的托卡馬克裝置歐洲聯(lián)合環(huán)（JET）、合肥的 " 人造太陽(yáng) "EAST 也在嘗試刷新可控核聚變的相關(guān)數(shù)據(jù)紀(jì)錄。

△2018 年度 EAST 實(shí)現(xiàn)的 1 億度等離子體放電

其中，EAST 已于 2018 年，在 10 兆瓦加熱功率下，實(shí)現(xiàn)了1 億度高溫；2021 年，EAST 成功實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)的 1.2 億攝氏度 101 秒和 1.6 億攝氏度 20 秒等離子體運(yùn)行。

我國(guó)商業(yè)化進(jìn)展究竟如何

確切來(lái)說(shuō)，目前在做的商業(yè)可控核聚變公司主要有 3 家。

包括星環(huán)聚能在內(nèi)，其他兩家的路線也基本相同——都是基于磁性約束原理，也就是采用托卡馬克裝置。

雖然新聞中宣稱星環(huán)聚能將建成 " 國(guó)內(nèi)首個(gè)商用可控核聚變堆 "，但項(xiàng)目相關(guān)成員、來(lái)自清華大學(xué)等離子體科學(xué)與聚變實(shí)驗(yàn)室的 @魚(yú)昆指出，最早的商用堆應(yīng)該是 " 玄龍 -50"。

" 玄龍 -50" 是國(guó)內(nèi)的首座中等規(guī)模球形托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置，于 2019 年在河北廊坊建成，并實(shí)現(xiàn)了第一次等離子體放電。

也就是說(shuō)，最早做商用可控核聚變堆的是旗下有一家能源公司的新奧集團(tuán)，" 玄龍 -50" 就是他們做出來(lái)的。

根據(jù)公司官網(wǎng)給出的路線圖來(lái)看，目前這個(gè)裝置仍然在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)、并準(zhǔn)備進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證和優(yōu)化，計(jì)劃在30 年內(nèi)實(shí)現(xiàn)聚變能源商業(yè)化。

另一家公司能量奇點(diǎn)，與星環(huán)聚能一樣都是在 2021 年成立的。

去年 6 月，能量奇點(diǎn)獲得了近 4 億元的天使輪投資，由米哈游和蔚來(lái)資本領(lǐng)投。

但在進(jìn)展上，這家公司的裝置還在搭建，離商用化也還有 20 年左右的時(shí)間。

具體來(lái)說(shuō)，能量奇點(diǎn)計(jì)劃在 2024 年研發(fā)和建成基于全高溫超導(dǎo)磁體的緊湊型托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置，運(yùn)行并點(diǎn)亮等離子體。

隨后，他們打算在 5~7 年內(nèi)建成等效 Q>1 的先進(jìn)高溫超導(dǎo)托卡馬克，并在 10~15 年內(nèi)建成經(jīng)濟(jì)聚變發(fā)電商業(yè)示范堆。

也就是說(shuō)，7 年左右時(shí)間實(shí)現(xiàn)這個(gè)裝置輸入能量小于輸出能量（不然收不回成本），再在 15 年內(nèi)搞定商用化。

所以，這些公司憑什么技術(shù) " 加速 " 可控核聚變商用化進(jìn)程，甚至聲稱速度比 ITER 這些項(xiàng)目還快？

一個(gè)例子就是在在托卡馬克裝置關(guān)鍵核心超導(dǎo)磁體的路線選擇上。

目前國(guó)內(nèi)外商業(yè)公司基本都走高溫超導(dǎo)路線，但大型研究項(xiàng)目包括中科院的 EAST 和國(guó)際上的 ITER，卻都是基于低溫超導(dǎo)的。

（注意，在超導(dǎo)中，室溫比 " 高溫 " 的溫度要高）

畢竟低溫超導(dǎo)磁線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度限制，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備又大又貴，不容易商業(yè)化。

但高溫超導(dǎo)磁場(chǎng)技術(shù)則在最近十年取得了很大進(jìn)步，其最高磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍比低溫磁線圈更廣（《Journal of Fusion Energy》），從而讓托卡馬克裝置得以小型化、造價(jià)更低。

目前，這波能源投資的風(fēng)氣，已經(jīng)刮到了海內(nèi)外。

據(jù)美國(guó)《新聞周刊》披露，2022 年，核聚變領(lǐng)域的私人投資額激增，短短一年的投資額就超過(guò)此前的投資總額。

國(guó)外科技巨頭也想 " 十年搞定商用化 "

不止國(guó)內(nèi)掀起的一波可控核聚變投資熱，近兩年這類項(xiàng)目在國(guó)外也很火。

一方面是國(guó)家政策上。不僅原本打算放棄核能的韓國(guó)和德國(guó)，開(kāi)始修訂 " 放棄核能 " 的計(jì)劃，歐美也開(kāi)始加大對(duì)核能相關(guān)項(xiàng)目的扶持。

另一方面是科技巨頭和個(gè)人投資者的入局。據(jù) Fastcompany 介紹，微軟的比爾 · 蓋茨和亞馬遜的貝佐斯，已經(jīng)在核聚變相關(guān)的公司上砸了接近 34 億美元。

當(dāng)然，與國(guó)內(nèi)基本專注于托卡馬克裝置路線不同的是，目前國(guó)外的 30 多家可控核聚變商業(yè)公司中，已經(jīng)出現(xiàn)了磁性約束和慣性約束兩種路線。

其中磁性約束的代表，則要屬由 MIT 創(chuàng)立、獲得了谷歌和比爾蓋茨投資的美國(guó)初創(chuàng)公司 CFS。

△圖源 CFS

嗯，就是聲稱要在 2025 年實(shí)現(xiàn)可控核聚變商業(yè)發(fā)電（供熱）的那家公司，比 ITER 竣工甚至還早一年。

這家公司的計(jì)劃也是做托卡馬克裝置，目前最大的進(jìn)展是研發(fā)出了一種能實(shí)現(xiàn)高達(dá) 20T（特斯拉）磁場(chǎng)的高溫超導(dǎo)磁體。

注意，即使是 ITER 使用的超導(dǎo)磁體，磁場(chǎng)強(qiáng)度最高也只能達(dá)到 5.3T。如果 CFS 真的實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 20T 的強(qiáng)磁場(chǎng)，意味著能大大縮小托卡馬克的體積。

△鋼鐵俠用的就是超小型可控核聚變裝置

慣性約束的代表，則是一家位于英國(guó)牛津的核聚變技術(shù) First Light Fusion，他們打造的可控核聚變裝置叫做 "Big Friendly Gun"。

這個(gè)裝置長(zhǎng)約 22 米，重 25000 公斤，能以超音速近 19.11 倍的飛行速度發(fā)射 100 克的射彈，通過(guò)射彈高速壓縮靶丸內(nèi)部燃料，就能達(dá)到聚變所需的壓力和溫度。

值得一提的是，這家公司畫(huà)出的大餅更誘人——通過(guò)這個(gè)裝置，能讓一度的電價(jià)格低于 0.05 美元（約 3 毛錢）。

除了商用公司，也有其他公司在 " 順道 " 進(jìn)行這方面的研究。

例如今年年初，AI 公司 DeepMind 就在 Nature 上發(fā)表了一項(xiàng)研究，宣稱成功實(shí)現(xiàn)了用 AI 來(lái)動(dòng)態(tài)控制托卡馬克的磁場(chǎng)，從而精準(zhǔn)控制內(nèi)部的等離子體。

所以，這些科技公司是否能比國(guó)際研究項(xiàng)目更快地研究出商用化的可控核聚變裝置？

我們過(guò)幾年就知道了（手動(dòng)狗頭）。