全球观焦点：行业投资暴涨139%，谁在追逐“人造太阳”？

来源：Tech对角线　2022-12-16 14:22:45

美国能源部部长表示，核聚变的商业化，或许可能会在未来的几个十年内实现，但大概率不是之前说的50-60年。

【资料图】

文｜Mia

编辑｜霏霏

人类距离“人造太阳”的目标，似乎又近了一步。

当地时间12月13日，美国能源部官员宣布，由美国政府资助的加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL），首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”。

净功率增益，即产生的聚变功率与用于加热等离子体的功率之比率。

据悉，实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，产生的能量比投入的能量多50%以上。

美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆在一份声明中称，这一突破是一项“里程碑式的成就”。

1、“净能量增益”意味着什么？

为什么这是一项“里程碑式的成就”呢？

因为核聚变点火作为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。

众所周知，核聚变是使轻原子核融合成更重的原子核，并释放出大量能量的过程。

目前我们能了解到的核聚变就是两种：一种是恒星，比如太阳上产生的聚变。恒星完成核聚变依靠的是强大的引力。强大的引力不仅带来了高温（太阳中心温度高达1500万摄氏度），高压（太阳内部气压达3000多亿倍大气压），还提供了完美的封闭空间。在这样的高温高压的环境下，太阳犹如一个巨大的可控核聚变反应堆，无休止的向外部输出能量。

另外一种核聚变方式则是氢弹。它需要通过核裂变（原子弹爆炸）的方式在瞬间创造出高温、高压且短时间封闭的环境来引发核聚变。

不过，氢弹属于不可控核聚变，不能用来发电，而受控核聚变则是将核聚变反应控制在安全范围，也即人们所说的“人造太阳”。

但是，在人类研究人造太阳的过程中存在一个问题，那就是虽然核聚变释放的能量惊人，但整个可控核聚变过程也消耗了大量的能量，避免这种消耗的诀窍是让反应过程自我维持，使得输出的能量比输入的能量多，并且让这个过程持续而不是短暂地进行一次。只有这样，核聚变才能成为可用的能源。

实际上，人类在上世纪50年代就已经知道如何在热核武器中产生聚变。科学家们也已经能够在实验室中进行核聚变，但只是断断续续地进行，而且能源消耗巨大。

1997年，美国国家科学院就将点火(reach ignition)作为美国点火装置（NIF）聚变的目标。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的美国国家点火装置（NIF）

几十年来，科学家们一直在努力做到这一点。在这一过程中主要通过两种途径：一种是惯性约束聚变，主攻方向是激光聚变；另一种则是磁约束聚变，主攻方向是托卡马克装置，比较知名的包括美国的DIII-D、日本的JT-60SA、英国的JET、中国的东方超环（EAST）和环流器2M（HL-2M）、韩国的KSTAR，以及正在建设的ITER和SPARC等。

LLNL实验就是使用的第一种途径，即通过用世界上最大的激光撞击一个微小的等离子体颗粒来实现的。实验装置由近200台激光器组成，有三个足球场那么大，用高能量轰击一个小点，以启动核聚变反应。

虽然业内都在为LLNL的这一实验结果欢呼，但是加州大学洛杉矶分校的等离子体物理学家Troy Carter也透过媒体表示，NIF取得了巨大的突破，但还远远不能满足需要。

对此，他提出了自己的看法：首先，美国国家科学院提出的关键指标是聚变能量增益因子，也称为“Q”。增益为1 表示反应达到收支平衡。NIF 的最新公告显示增益大约为 1.5，这意味着反应已变为正能量。但这仅是将能量输入狭义地定义为击中燃料目标的激光能量时，如果从充电和发射激光所需的总能量（大约 300 兆焦耳）来衡量，这个结果仍然不够。

其次， NIF每天只能发射几次激光，而要运行一个真正的聚变反应堆，则需要每秒发射大约10次。

2、行业投资已暴涨139%

可控核聚变之所以备受关注，正是因为它具有储量几乎无限、清洁零碳等诸多优点，也被视为解决一切能源问题的“终极方案”。几十年来，对核聚变的探索主要是通过政府资助的大型项目来进行，比如美国国家点火装置 (NIF) 和在法国建设的国际 ITER 合作项目。

虽然早期也曾出现过零星的初创公司，但都未受到重视。根据英国原子能管理局之前的一份报告显示，整个 90 年代只有两家私人核聚变公司。

不过，近年来聚变装置紧凑化、小型化的发展趋势，为商业资本的进入提供了可能。像比尔·盖茨、杰夫·贝索斯、彼得·泰尔在内的亿万富翁都已经开始掏腰包支持核聚变公司。

今年7月，谷歌和雪佛龙公司宣布共同领投了核聚变初创公司TAE Technologies 2.5亿美元的新一轮融资，这也使得该公司的累计融资额达到了12亿美元。

融资的当然不止这一家，从不断披露的融资消息不难看出，资本正在源源不断流入核聚变领域：德国的Marvel Fusion在2月份获得了由Earlybird Venture Capital领投的 3500 万欧元融资；紧接着，4月份日本的EX-Fusion 完成了价值 1.3 亿日元的初始阶段融资；美国的Zap Energy在6月也宣布完成了由 Lowercarbon Capital 领投的1.6亿美元的C 轮融资。

根据美国核聚变工业协会在7月份发布的行业研究报告显示，在过去的12个月里，核聚变领域的投资暴涨了139%，私人投资核聚变的资金达到了28.3亿美元。

在国内，核聚变领域也在今年迎来了两起大手笔融资。

今年2月份，能量奇点获得将近4亿人民币的天使轮融资，投资方是米哈游、蔚来资本、红杉种子、蓝驰创投。

6月份，星环聚能获得数亿人民币的天使轮融资，投资方包括顺为资本、昆仑资本、中科创星、远镜创投、和玉资本、红杉种子、险峰长青、九合创投、联想之星、英诺天使基金、元禾原点、华方资本等。

有了资本的加持，初创公司们也纷纷给自己定下了发展目标：Helion Energy预计其第七代“北极星”原型机最早将于2024年成为世界上第一个展示净发电量的聚变发电机；TAE Technologies表示到 2030 年将具有商业可行性；CFS公司预计2025年实现商业核聚变发电。

险峰长青曾发文称，可控核聚变在科学上已经完成了最艰难的从0到1突破，我们其实已经站在了通往终极能源变革的前夜。

不过，即便如此，依据最乐观的估计，要想实现核聚变发电的初步商业化也需要10年以上的时间。一个更为务实且不失乐观的看法就是，可控核聚变还有很远的路要走，但这也是一条必经之路。

关键词：初创公司等离子体科学家们

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