12月14日消息，美国能源部宣布，旗下劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)进行了历史上第一次可控核聚变实验，实现了“核聚变点火”。也就是核聚变所产生的能量等于或超过了输入能量，这是人类历史上的首次。

相信不少朋友都被这个消息刷屏了，但非常疑惑，核聚变点火到底是什么呢？

核聚变点火其实是实现可控核聚变的关键步骤，是实现可控核聚变的前提和基础。

而核聚变指的是当原子合并在一起时，释放出巨大能量的过程，这个过程可以在碳排放几乎为零的情况下，源源不断地提供绿色能源。

核聚变的发生要在一个极端高温高压的环境里才能实现。自然界中，包括太阳在内的恒星，之所以可以用核聚变来产生巨大的能量，原因就在于它们都超级超级大，自身的引力在恒星内部产生了极大的压强。显然，地球上没法制造这么大的引力。在氢弹中，我们用原子弹爆炸产生的高温高压来使物质达到聚变的条件。然而那是一锤子买卖，不可控。

几十年下来，最终有两种解决思路成了可控核聚变的主流方案。

1、用超强磁场约束等离子体

火就是等离子体，物质的温度高到一定程度就会变成等离子体，而等离子体带电，所以可以用磁场来“困住”它。大家可以点个蜡烛，用强磁铁试试看能不能让火焰弯曲。

那么磁场从哪里来？磁生电、电生磁，所以只需要一个电磁铁就能产生磁场。但要产生巨大的磁场就需要巨大的电流，巨大的电流在普通的导线里，会由于电阻的存在变成巨大的“电热炉”，最终烧了整个电磁铁。

不过，我们现在有了超导材料，用超导电磁铁围住一个环，产生的超强磁场让里面的物质即便很热也跑不出去。跟太上老君的炼丹炉一样。这种思路，就是超导托卡马克装置，最早是苏联科学家提出的。

目前，超导托卡马克派是国际核聚变界的更主流的力量，我国的聚变装置主要为托卡马克。凭借在超导领域的领先地位，我国很早就开展了这个思路的可控核聚变研究。2006 年，我们就在合肥建成了“东方超环”全超导托卡马克实验装置，此后不断创造世界纪录，现在已经可以把一亿度的等离子体束缚十几分钟。

我们还参与了可控核聚变界最大的国际合作项目-国际热核聚变实验反应堆（ITER）的建设，该项目在法国南部，总花费将超过 100 亿欧元。欧盟作为发起人占 45% 份额，中、美、俄、日、韩、印分担其余的份额。它将会在 2025 年完成建设开始实验。到时候，它的磁场强度将达到 5.3 特斯拉，要知道地球表面的地磁强度才几十个“微”特斯拉，我们东方超环的磁场强度是 3.5 特斯拉。

托卡马克实验装置已经很接近净收益的可控核聚变了。什么叫净收益呢？就是有的赚。人工核聚变人类早实现了，可控人工核聚变也实现很久了，但是要实现它，我们需要花费巨大的能量。比如要维持托卡马克装置巨大的磁场，就需要巨大的电能，最终核聚变产生的能量还没我们为了实现它花的能量多。

2、核聚变的实用性？

人类探索核聚变已经有几十年的历史，但如今这项技术的发展速度似乎已经跟不上人类对清洁能源增长的需求。

已退休的核聚变专家ale Meade表示，将这一发现转化为日常生活的能源可能需要几十年的时间，耗资数千亿美元。

不确定的时间表，意味着核聚变短期无法实现拜登政府的脱碳目标。美国气候研究中心突破研究所（Breakthrough Institute）核能创新主任Adam Stein说：

我们需要利用现有技术部署尽可能多的清洁能源。

我们不能坐等核聚变技术进入商业领域。这并不意味着核聚变在未来不重要。但它仍然需要大量的政策帮助。

即使是核聚变能源的私人开发商也表示，这一突破虽然意义重大，但符合业界的预期，并不一定会加快商业的部署。核聚变开发公司General fusion副总裁Mike Donaldson说：

我们现在真正需要做的是在此基础上生产出实用的发电机器。

忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists)核能安全主管Ed Lyman说，美国能源部提出的任何结果都必须是可重复的，才能被科学地考虑：

考虑到核聚变反应堆的主要燃料之一氚具有放射性，而且核聚变过程本身会产生危险的热量和压力，核聚变反应堆的安全程度还存在问题。

如果他们真的这么做了，我们也不要轻描淡写，但要对此持保留态度。

现在要（用核聚变）实现脱碳已经有点晚了。即使是最乐观的估计，也要到21世纪40年代才能拥有核聚变能力。

3、500 太瓦什么概念呢？

三峡一年的发电量，只能让它运行十几分钟。

好在，这 500 太瓦的激光只是在一瞬间工作的，工作时间以纳秒计算。即便如此，每次工作之后，NIF 都需要几个小时让实验装置冷却下来。

“激光约束等离子体”这一派以美国为领军者，我国也有自己的神光装置，几十太瓦的峰值功率虽然不及 NIF，但是完全有可能用不同的点火方案实现类似的结果。

NIF 今年年中也实现过一个能量输出的突破，但是之后没能重复出同样的结果。太瓦级巨大能量、皮秒级极小时间，这是完全超越了日常生活体验的世界。可控核聚变研究就是在世界的边缘探索。

如果你问，今天这个大新闻意味着什么？那么或许可以用可控核聚变研究领域这个自嘲来回答：人类距离可以使用核聚变解决能源问题永远只剩下 50 年了。1962 年的时候差 50 年，2022 年了，大概还差 48.5 年吧。

对于2100年的气候，核聚变不太可能非常重要。我们拥有大量技术——可再生能源、核裂变、电池储存、碳捕获——这些技术已经得到证实，可以更快地对排放产生重大影响。

4、一年投资近200亿，VC奔向“人类终极能源”

中国也正在大力研究可控核聚变技术。

上世纪80年代，中国制定了“三步走”——热堆、快堆、聚变堆的核能发展战略，随后加入ITER，进一步推动中国聚变能源研究进入国际阵营，主要为建成中国自己的核聚变反应堆做准备。

科技部核聚变中心副主任王敏曾表示，通过参加ITER计划，中国无论是在聚变技术上还是国际大科学工程管理上都有大幅度提升。可以说，在ITER七方中，中国是进步最快、加速度最大的一方。

与此同时，1960年开始，中国以“托卡马克”为主要研究途径，利用此技术先后建成并运行三大聚变反应堆：华中科技大学的J-TEXT装置、核工业西南物理研究院的HL-2M装置和中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、素有“人造太阳”之称的EAST全超导托卡马克装置（东方超环），向ITER提供结果。

2020年12月，中国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在四川成都的核工业西南物理研究院正式建成并实现首次放电；

2021年12月，中国“人造太阳”EAST成功实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，成为世界上托卡马克装置实现的最长时间高温等离子体运行，打破世界纪录；

2022年10月，中国宣布EAST装置的等离子体电流突破100万安培（1兆安），创造可控核聚变装置运行新纪录，让中国核聚变研究实现从跟跑、并跑到领跑的跨越。

根据规划，中国以现有中、大型托卡马克装置为依托，瞄准国际核聚变前沿课题研究，其在磁约束聚变领域建立了近期、中期和远期技术目标：最终到2050年，中国或将发展聚变电站，探索聚变商用电站的工程、安全、经济性。

中国“人造太阳”装置负责人、中科院合肥物质科学研究院副院长李建刚表示，中国如果从2040年开始建聚变电站，每年建10个，2050年以后一年建20个，到本世纪末就能建1000个，由此可以减少85亿吨二氧化碳排放，再加上15%可再生能源，“就可以不用烧煤，也不用担心能源安全。”

从历史上看，核聚变能源领域的研究一直是由政府主导、大型公共资助的实验室完成，比如牛津大学的欧洲联合环状反应炉、美国LLNL实验室等。但近年来，随着硬科技投资趋势热潮来临，以及中国对新能源的高度重视，一批商业资本、风险投资开始涌入了核聚变能源的民营公司。

谷歌、高盛、盖茨基金会、红杉中国、蓝驰创投、中科创星、顺为资本、和玉资本、险峰长青、联想之星等国内外机构都已经在这一领域布局。

今年2月，探索可商业化聚变能源技术企业“能量奇点”宣布完成近4亿元人民币的首轮融资，米哈游和蔚来资本领投，红杉中国种子基金和蓝驰创投跟投；今年6月，仅成立一年的商业聚变能研发公司“星环聚能”宣布完成数亿元天使轮融资，中科创星等10家知名机构参与投资。

中国资本近年布局的规模，跟全球资本统计数据比起来，占有率依然是凤毛麟角。

根据核聚变工业协会（Fusion Industry Association）公布的数据，在截至2022年6月底的12个月里，全球核聚变公司筹集了28.3亿美元（约合195.37亿元），接近200亿元投资，使民营企业迄今的投资总额达到近49亿美元（约合341.9亿元）。2022年，资本在这一领域投资数额比2021年（报告时间）增长139%。

加拿大核聚变公司通用聚变 (General Fusion）的首席执行官Chris Mowry曾直言，“聚变行业的SpaceX时刻”已经到来。据悉，该公司计划于2025年开始运营，目标是在2030年代初期出售反应堆，希望完成商用产品交付。

多家国外核聚变公司对英国《自然》（Nature）杂志表示，这一技术迟早会被破解，实用的核聚变似乎一定浮出水面。“公司开始在政府可以建造的水平上展开商用。在不到十年的时间内实现这一目标的机会非常大。”

仅2022年，全球核聚变民营企业数量达到33家，其中有6家公司的融资额超过了2亿美元。

不过，有多位业内专家警告，目前核聚变依然存在标准化工作、资本支持、自主技术的商业化应用等问题亟待解决。

首先是标准化工作。今年8月，中国核工业集团旗下智库——中核战略规划研究总院有限公司、核工业标准化研究所工程师团队在《标准科学》期刊上发文指出，新形势下，中国核聚变标准化工作仍面临系统布局谋划不足，缺乏顶层设计和整体规划；项目与标准化工作联动不够，技术转化标准速度慢；平台优势利用程度不足，国际化交流深度不够；标准化文化建设不足，人才队伍培育机制不完善等问题。

其次是资本支持。相对于物理机制研究，目前可控核聚变大型实验装置需要大量资金，而政府资金支持不够是民营企业面临的重大挑战。事实上，美国对于聚变的经费投入在过去几十年来基本维持不变，通胀调整后呈现逐年递减。而本来最有希望的ITER项目，则由于国际合作龃龉以及工程一再延期，给这一行业未来蒙上阴影。

核工业标准化研究所团队在论文中建议，中国应聚焦核聚变领域发展需求，完善核聚变标准化顶层设计，加强重大科技项目与标准化工作联动机制，加强国际交流，积极开创核聚变国际标准化工作，探索标准成果转化和应用示范，加强标准化人才队伍建设等。

“中国的聚变能发展路线图已初见端倪，核聚变标准作为中国早日实现独立自主大规模建设聚变电站的技术储备，仍需不断深化和发展。”上述团队强调，中国科技创新实力正不断飞跃与突破。

文章来源： 华尔街见闻，科普中国，快科技