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(gè)十年內(nèi)實(shí)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(biāo)，似乎又近了一步。

【資料圖】

當(dāng)?shù)貢r(shí)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(shí)驗(yàn)室（LLNL），首次成功在核聚變反應(yīng)中實(shí)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(shí)驗(yàn)向目標(biāo)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(xiàng)“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(xiàng)“里程碑式的成就”呢？

因?yàn)楹司圩凕c(diǎn)火作為實(shí)現(xiàn)可控核聚變的關(guān)鍵步驟，是實(shí)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(qiáng)大的引力。強(qiáng)大的引力不僅帶來了高溫（太陽中心溫度高達(dá)1500萬攝氏度），高壓（太陽內(nèi)部氣壓達(dá)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(gè)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(shí)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(gè)問題，那就是雖然核聚變釋放的能量驚人，但整個(gè)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(gè)過程持續(xù)而不是短暫地進(jìn)行一次。只有這樣，核聚變才能成為可用的能源。

實(shí)際上，人類在上世紀(jì)50年代就已經(jīng)知道如何在熱核武器中產(chǎn)生聚變?？茖W(xué)家們也已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行核聚變，但只是斷斷續(xù)續(xù)地進(jìn)行，而且能源消耗巨大。

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

勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的美國國家點(diǎn)火裝置（NIF）

幾十年來，科學(xué)家們一直在努力做到這一點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)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(gè)微小的等離子體顆粒來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)裝置由近200臺激光器組成，有三個(gè)足球場那么大，用高能量轟擊一個(gè)小點(diǎn)，以啟動(dòng)核聚變反應(yīng)。

雖然業(yè)內(nèi)都在為LLNL的這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果歡呼，但是加州大學(xué)洛杉磯分校的等離子體物理學(xué)家Troy Carter也透過媒體表示，NIF取得了巨大的突破，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xué)院提出的關(guān)鍵指標(biāo)是聚變能量增益因子，也稱為“Q”。增益為1 表示反應(yīng)達(dá)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(biāo)的激光能量時(shí)，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(gè)結(jié)果仍然不夠。

其次， NIF每天只能發(fā)射幾次激光，而要運(yùn)行一個(gè)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?yàn)樗哂袃α繋缀鯚o限、清潔零碳等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(xiàng)目來進(jìn)行，比如美國國家點(diǎn)火裝置 (NIF) 和在法國建設(shè)的國際 ITER 合作項(xiàng)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(bào)告顯示，整個(gè) 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(jìn)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(jì)融資額達(dá)到了12億美元。

融資的當(dāng)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(jià)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(bào)告顯示，在過去的12個(gè)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(dá)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(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，投資方包括順為資本、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。

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(biāo)：Helion Energy預(yù)計(jì)其第七代“北極星”原型機(jī)最早將于2024年成為世界上第一個(gè)展示凈發(fā)電量的聚變發(fā)電機(jī)；TAE Technologies表示到 2030 年將具有商業(yè)可行性；CFS公司預(yù)計(jì)2025年實(shí)現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電。

險(xiǎn)峰長青曾發(fā)文稱，可控核聚變在科學(xué)上已經(jīng)完成了最艱難的從0到1突破，我們其實(shí)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(jì)，要想實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電的初步商業(yè)化也需要10年以上的時(shí)間。一個(gè)更為務(wù)實(shí)且不失樂觀的看法就是，可控核聚變還有很遠(yuǎn)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(xué)家們