可控核聚變能否告別玄學？

北京新浪網 (2022-07-11 08:42)
作者 | 李北辰

8 Y4 v) u. g" d來源 | 鯨落商業評論
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當1905年愛因斯坦提出著名的質能方程之後，人類就在暢想是否有核聚變的可能。

但在很長一段時間，可控核聚變都是一門不可控的玄學。
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$ l# z0 N3 m3 a- k自上世紀五十年代以來，無論任何時候，你去問物理學家「可控核聚變什麼時候能夠商用發電」，得到的答案永遠都是「還有30年」。五十年代是這個答案，十年前是這個答案，現在可能還是。

殊不知，30年已經是個相當樂觀的回答，在小說《三體》里，人類要到22世紀才能掌握這項被稱為「人造太陽」的技術。

而無論是「永遠的30年」，還是「遙遠的22世紀」，人類距離可控核聚變都還有相當漫長的一段路要走。

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」，已經有不少VC將手中的鈔票，砸向這顆「人造太陽」，試圖讓它儘快「發光發亮」。
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事實上，就像在商業航天領域正在上演的那樣，資本對收益回報的貪婪，有可能誕生一項偉大的事業：讓人類的能源用之不竭。
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" D9 m! P- w7 N2 Q0 Z商業的力量

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，前後不到4個月，國內兩家成立於2021年下半年的「可控核聚變」公司先後拿到了融資。
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8 Y  @9 V: c: u7 f* }, j) y% |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，藍馳創投。
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& q2 l* I8 k  v0 L2 U6月份，星環聚能獲得數億人民幣的天使輪融資，後面有近10家VC，包括順為資本，崑崙資本，中科創星，遠鏡創投，和玉資本，紅杉種子，險峰長青，九合創投，聯想之星，英諾天使基金，元禾原點，華方資本等。
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9 D) `" e/ s, x3 f恰如投中網在一篇報導中所言，融資之所以在此時的中國接連出現，海外出現「代表性案例」無疑尤為關鍵。

" d9 ^) `' ?# l) p3 {$ P; R5 T2021年12月，美國「共同體聚變系統公司（CFS）」宣布拿到18億美元融資，這一數字刷新了人類歷史上核聚變私人投資額的新紀錄。

! y, @* A  ?  h: H同樣在去年底，《自然》發表了一篇名為《通往聚變能源的競賽》的文章，說目前全球有大概有30家科技企業正在醉心於一場激動人心的較量——成為世界上第一家成功實現商業核聚變的企業。
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這些企業通常是由知名大學或實驗室里常年研究核聚變技術的團隊發起（譬如CFS就由麻省理工學院等離子體科學與核聚變中心孵化），目前累計融資超過了40億美元，近一半公司在過去5年間成立（其中美國和英國所佔數量位居前二）。
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6 z8 W8 S, m: z% q% U; h, B1 U這些雄心壯志的企業也公佈了自己的技術時間表，其中最激進的方案是，在2025年左右，建成用於技術演示，可以產生電能的可控核聚變裝置；在2030年左右，建成商業上可行的聚變發電站。
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; i0 \" h2 ^9 d9 ?& J從大的方面說，可控核聚變企業的集體湧現，契合了人類向低碳文明的演化趨勢。在歐洲，最樂觀的估計是（我覺得過於樂觀了），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台。而要達成這個目標，可控核聚變是人類必須攻克的關卡。

) H: p* V- q. ~, @6 n文明的階梯

而從更大的方面說，只有攻克這道關卡，人類才能告別「低級文明」。

按照卡爾達肖夫「宇宙文明等級」的劃分標準，人類現在連I型文明都算不上（目前大概可以算是0.7-0.8型文明），因為達到I型文明的標準，是要能夠利用地球上的所有能量，要做到這一點，人類就必須控制地球上能產生的最大能量，即核聚變。
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正因如此，可控核聚變發電，被視作人類的終極能源解決方案。

; M4 c8 o( [1 R) r0 V% A5 I1 P首先，核聚變產生的能量非常大。太陽能夠發光發熱，就是因為太陽內部在不斷進行核聚變反應。這種澎湃的能量蘊藏在原子核內部，能量密度遠超石油煤炭等化學能源，就拿氫元素聚變來講，1克氫元素聚變產生的能量，相當於8噸汽油燃燒所產生的熱量。
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其次，核聚變發電的過程非常清潔。無論是聚變燃料還是發電之後的核廢料，核聚變發電的放射性都很弱，即便不幸發生核泄漏，也不會出現福島核事故那般嚴重的核污染事件。而且核聚變的過程也並非化學反應，不會像燃燒石油煤炭那樣釋放二氧化碳這種溫室氣體。

" u1 r' l- c5 Y1 P6 C更重要的是，倘若你相信人類的未來征途是星辰大海，那麼核聚變就是我們遠航時的燃料。因為目前採用化石能量推進的火箭最多只能把人類送到火星或者金星附近，無法完成讓人類飛出太陽系的偉大願景（如果有的話），而達成這個願景的最可行方式，就是人類能夠像控制火一樣自由地控制核聚變。
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但這並非易事。
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8 Q; h" Q9 Y3 I- t1 E目前實現核聚變的最通常做法，是把氫原子的兩個同位素氘和氚加熱到一個比太陽還高的溫度，並且保持一定的密度。但氘和氚的原子核會在高溫下到處「亂竄」，不能總「聚」在一起發生反應，人們必須想辦法把它們約束在一個地方。

( N% w: @2 H6 T. L. B4 a現在最主流的做法，是用一個叫做托卡馬克（Tokamak）的裝置。它是俄文「環形真空磁線圈」的縮寫音譯，早在上世紀中期就由蘇聯科學家提出。你可以把它想像成一個裡面帶有強磁場的「籠子」。高溫下的氘和氚會變成帶電的離子，而離子會沿著磁力線運動，這樣我們只要把磁力線變成一個圈，氘和氚就會在裝置內部的空中「繞圈」，就相當於把它們約束住了。現在科學家們做的事，就是想辦法讓約束能夠長期平穩地進行。

比如前面提到的美國CFS公司最重要的創新，就是發明了一種高溫超導體材料，用來包裹聚變反應爐的外殼，這能讓聚變反應爐的磁場強度高幾十倍，從而大幅提高核聚變的發電效率，並且縮小反應爐的體積。

, |- }3 }! I3 m& C5 t而英國的托卡馬克能源公司改造了傳統的托卡馬克裝置，他們使用了一種球形結構，用來提高聚變過程的能量利用效率。加拿大的通用聚變公司設計的反應爐結構則有點像是活塞式航空發動機，通過不停地壓縮反應腔，像一個大號發動機一樣，周期性地引發核聚變反應。

  v' p* d1 h# [4 W: U總之如你所見，在成為「世界上第一家實現商業核聚變企業」的路上，各家公司正在齊驅並進。這股熱火朝天的勁頭，像極了十年前的商業航天領域。二者起初都由政府主導，然後私營企業接過創新的接力棒，為行業注入更多活力和想像。

2 s" I1 C0 S0 w. q# F: `* ?+ H. X但即便如此，我也不確定有生之年能否用上核聚變發的電，但我知道，未來一定有人用的上——也許，「就在30年以後」。
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