美國能源部部長表示，核聚變的商業(yè)化，或許可能會在未來的幾個十年內(nèi)實現(xiàn)，但大概率不是之前說的50-60年。

人類距離“人造太陽”的目標，似乎又近了一步。

【資料圖】

當?shù)貢r間12月13日，美國能源部官員宣布，由美國政府資助的加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL），首次成功在核聚變反應(yīng)中實現(xiàn)“凈能量增益”。

凈功率增益，即產(chǎn)生的聚變功率與用于加熱等離子體的功率之比率。

據(jù)悉，實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，產(chǎn)生的能量比投入的能量多50%以上。

美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆在一份聲明中稱，這一突破是一項“里程碑式的成就”。

01 “凈能量增益”意味著什么？

為什么這是一項“里程碑式的成就”呢？

因為核聚變點火作為實現(xiàn)可控核聚變的關(guān)鍵步驟，是實現(xiàn)可控核聚變的前提和基礎(chǔ)。

眾所周知，核聚變是使輕原子核融合成更重的原子核，并釋放出大量能量的過程。

目前我們能了解到的核聚變就是兩種：一種是恒星，比如太陽上產(chǎn)生的聚變。恒星完成核聚變依靠的是強大的引力。強大的引力不僅帶來了高溫（太陽中心溫度高達1500萬攝氏度），高壓（太陽內(nèi)部氣壓達3000多億倍大氣壓），還提供了完美的封閉空間。在這樣的高溫高壓的環(huán)境下，太陽猶如一個巨大的可控核聚變反應(yīng)堆，無休止的向外部輸出能量。

另外一種核聚變方式則是氫彈。它需要通過核裂變（原子彈爆炸）的方式在瞬間創(chuàng)造出高溫、高壓且短時間封閉的環(huán)境來引發(fā)核聚變。

不過，氫彈屬于不可控核聚變，不能用來發(fā)電，而受控核聚變則是將核聚變反應(yīng)控制在安全范圍，也即人們所說的“人造太陽”。

但是，在人類研究人造太陽的過程中存在一個問題，那就是雖然核聚變釋放的能量驚人，但整個可控核聚變過程也消耗了大量的能量，避免這種消耗的訣竅是讓反應(yīng)過程自我維持，使得輸出的能量比輸入的能量多，并且讓這個過程持續(xù)而不是短暫地進行一次。只有這樣，核聚變才能成為可用的能源。

實際上，人類在上世紀50年代就已經(jīng)知道如何在熱核武器中產(chǎn)生聚變。科學家們也已經(jīng)能夠在實驗室中進行核聚變，但只是斷斷續(xù)續(xù)地進行，而且能源消耗巨大。

1997年，美國國家科學院就將點火(reach ignition)作為美國點火裝置（NIF）聚變的目標。

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的美國國家點火裝置（NIF）

幾十年來，科學家們一直在努力做到這一點。在這一過程中主要通過兩種途徑：一種是慣性約束聚變，主攻方向是激光聚變；另一種則是磁約束聚變，主攻方向是托卡馬克裝置，比較知名的包括美國的DIII-D、日本的JT-60SA、英國的JET、中國的東方超環(huán)（EAST）和環(huán)流器2M（HL-2M）、韓國的KSTAR，以及正在建設(shè)的ITER和SPARC等。

LLNL實驗就是使用的第一種途徑，即通過用世界上最大的激光撞擊一個微小的等離子體顆粒來實現(xiàn)的。實驗裝置由近200臺激光器組成，有三個足球場那么大，用高能量轟擊一個小點，以啟動核聚變反應(yīng)。

雖然業(yè)內(nèi)都在為LLNL的這一實驗結(jié)果歡呼，但是加州大學洛杉磯分校的等離子體物理學家Troy Carter也透過媒體表示，NIF取得了巨大的突破，但還遠遠不能滿足需要。

對此，他提出了自己的看法：首先，美國國家科學院提出的關(guān)鍵指標是聚變能量增益因子，也稱為“Q”。增益為1 表示反應(yīng)達到收支平衡。NIF 的最新公告顯示增益大約為 1.5，這意味著反應(yīng)已變?yōu)檎芰俊５@僅是將能量輸入狹義地定義為擊中燃料目標的激光能量時，如果從充電和發(fā)射激光所需的總能量（大約 300 兆焦耳）來衡量，這個結(jié)果仍然不夠。

其次， NIF每天只能發(fā)射幾次激光，而要運行一個真正的聚變反應(yīng)堆，則需要每秒發(fā)射大約10次。

02 行業(yè)投資已暴漲139%

可控核聚變之所以備受關(guān)注，正是因為它具有儲量幾乎無限、清潔零碳等諸多優(yōu)點，也被視為解決一切能源問題的“終極方案”。幾十年來，對核聚變的探索主要是通過政府資助的大型項目來進行，比如美國國家點火裝置 (NIF) 和在法國建設(shè)的國際 ITER 合作項目。

雖然早期也曾出現(xiàn)過零星的初創(chuàng)公司，但都未受到重視。根據(jù)英國原子能管理局之前的一份報告顯示，整個 90 年代只有兩家私人核聚變公司。

不過，近年來聚變裝置緊湊化、小型化的發(fā)展趨勢，為商業(yè)資本的進入提供了可能。像比爾·蓋茨、杰夫·貝索斯、彼得·泰爾在內(nèi)的億萬富翁都已經(jīng)開始掏腰包支持核聚變公司。

今年7月，谷歌和雪佛龍公司宣布共同領(lǐng)投了核聚變初創(chuàng)公司TAE Technologies 2.5億美元的新一輪融資，這也使得該公司的累計融資額達到了12億美元。

融資的當然不止這一家，從不斷披露的融資消息不難看出，資本正在源源不斷流入核聚變領(lǐng)域：德國的Marvel Fusion在2月份獲得了由Earlybird Venture Capital領(lǐng)投的 3500 萬歐元融資；緊接著，4月份日本的EX-Fusion 完成了價值 1.3 億日元的初始階段融資；美國的Zap Energy在6月也宣布完成了由 Lowercarbon Capital 領(lǐng)投的1.6億美元的C 輪融資。

根據(jù)美國核聚變工業(yè)協(xié)會在7月份發(fā)布的行業(yè)研究報告顯示，在過去的12個月里，核聚變領(lǐng)域的投資暴漲了139%，私人投資核聚變的資金達到了28.3億美元。

在國內(nèi)，核聚變領(lǐng)域也在今年迎來了兩起大手筆融資。

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

6月份，星環(huán)聚能獲得數(shù)億人民幣的天使輪融資，投資方包括順為資本、昆侖資本、中科創(chuàng)星、遠鏡創(chuàng)投、和玉資本、紅杉種子、險峰長青、九合創(chuàng)投、聯(lián)想之星、英諾天使基金、元禾原點、華方資本等。

有了資本的加持，初創(chuàng)公司們也紛紛給自己定下了發(fā)展目標：Helion Energy預(yù)計其第七代“北極星”原型機最早將于2024年成為世界上第一個展示凈發(fā)電量的聚變發(fā)電機；TAE Technologies表示到 2030 年將具有商業(yè)可行性；CFS公司預(yù)計2025年實現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電。

險峰長青曾發(fā)文稱，可控核聚變在科學上已經(jīng)完成了最艱難的從0到1突破，我們其實已經(jīng)站在了通往終極能源變革的前夜。

不過，即便如此，依據(jù)最樂觀的估計，要想實現(xiàn)核聚變發(fā)電的初步商業(yè)化也需要10年以上的時間。一個更為務(wù)實且不失樂觀的看法就是，可控核聚變還有很遠的路要走，但這也是一條必經(jīng)之路。

關(guān)鍵詞： 初創(chuàng)公司 等離子體 科學家們