在春节档热映的《流浪地球2》中，人类计划给地球安装上万座巨大的行星发动机，推动地球开启“流浪之旅”，而为这巨大机械提供动力的则是重核聚变。

“虽然电影中通过烧石头推动核聚变的方案基本不可行，但人类如果要想走出地球，甚至完成星际旅行，地球上现有的石油、天然气是不够的，聚变能是必不可少的。”新奥能源研究院聚变技术研发中心聚变理论模拟首席科学家谢华生告诉《中国报道》记者，“聚变能属于未来。”

1952年，世界上第一颗氢弹爆炸实验成功后，就有预言称5年内人类就可以实现可控核聚变（氢弹是不可控的）。但70年过去了，在核聚变科学与工程曲折探索的高峰低谷中，预言的时间慢慢拉长至20年、30年。去年12月美国能源部下属实验室成功实现核聚变激光“点火”，预言时间压缩为“小于五六十年”。

“让核聚变可控并商业化”，这一目标还需要人类等待多久？问题的答案似乎正随着核聚变研究成果的累积而一点点清晰起来。

临界突破

△ 核聚变实验装置

可控核聚变发展至今日，似乎到了技术突破的临界点。

“核聚变是指两个原子核对撞产生新的原子核的过程，通常这个过程会有质量亏损。根据爱因斯坦质能方程，这些质量会以能量的形式释放出来，释放的能量通常是燃烧石油等同等质量物质的化学反应释放能量的百万倍。”谢华生表示。

核聚变是太阳内部每时每刻都在进行的反应。从理论上讲，相比现有的大亚湾核电站等核裂变发电站，核聚变如能实现商业发电，其原料更为丰富，可从海水中获取；并且也更加安全，核聚变不产生长寿命的放射性废物，而这正是现行核裂变核电站“令人头疼”的一点。相比化学能，聚变能也更清洁、低碳、高效。

因而，可控核聚变产生的能量也被比作清洁能源的“圣杯”。美国国会议员唐·拜耳说：“核聚变有可能让世界上更多人口摆脱贫困，其重要性堪比人类发现了火种。”

让“太阳”变得可控并不容易，聚变能源每前进一点，都会发现新的困难。虽然道路曲折，但近5年一些资本正陆续入局核聚变。据美国聚变工业协会数据，截至2022年年底，核聚变公司报告的私人承诺投资总额超过47亿美元。

谢华生分析，资本纷纷入局一方面是碳达峰、碳中和目标使然，人类可持续发展需要新能源；另一方面，高温超导磁体、人工智能等重点技术以及近些年的物理研究取得重大进步，让投资人看到了核聚变技术突破的希望。

他指出，去年12月美国能源部下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国家点火设施(NIF)首次成功在可控核聚变反应中“点火”，做到产生的能量大于输入的能量，实现“净能量增益”，对聚变研究具有重要的历史意义。

“原来，美国高层的研究报告都认为，NIF装置不可能实现能量正增益，这个实验结果出乎很多人的意料，这也让很多对核聚变研究信心不足的人重新看到了希望，对中国的核聚变研究也是一种激励。这说明一条技术路径只要坚持下去，就可能会有意外的惊喜。”谢华生告诉《中国报道》记者。（参考阅读：美国宣布实现“核聚变点火”，颠覆性能源革命要到来吗？）

聚变工业协会 (FIA) 2022年的最新报告显示，企业对聚变商业化的时间表越来越有信心。在接受调查的公司中，有93% 认为聚变将在 2030 左右实现并网，高于 2021 年报告中的 83%。

各国角力

△

在法国建设中的国际热核聚变实验反应堆项目（ITER）。

中国的可控核聚变探索从21世纪初步伐加快。2006年，中国正式加入国际热核聚变实验反应堆项目（简称ITER）。该项目被称为“世界上最大的核聚变项目”，在该项目中，除欧盟东道主外，其他成员国只需出资9%便可共享所有的知识产权。“这对中国来说是一个很好的机会。”谢华生说。同年，被誉为“人造太阳”的东方超环（简称EAST）正式建成，成为我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置。

ITER由于涉及多国合作，项目规模巨大，一直进展缓慢，但中国核聚变探索却在飞速前进。“在中国加入ITER项目的十几年里，中国是增长最快的力量，已经从跟跑、并跑，逐步进入领跑阶段。”谢华生向记者介绍，在单点技术上，中国甚至做到了国际领先。例如，2021年12月30日EAST实现了1056秒超脉冲高参数等离子体运行。

总体而言，中国在国际主流的惯性约束和磁约束核聚变装置方面均有布局。在惯性约束技术路径上，更多与军事国防相关，主要是由中国工程物理研究院（九院）在实验探索。

不过谢华生指出，因为惯性约束是脉冲式发电，很难实现稳态放电，以此技术路径实现商业发电的可能性很低。

去年美国便是通过惯性约束成功实现“点火”，但在192束巨型激光轰击下，聚变的原子核不过释放出3.15兆焦耳的能量。“3兆焦耳大概是一度电，现在电价大概2毛钱一度电，也就是说数万美金起步的一次轰击，最后可能只能卖2毛钱，并且激光射出一炮后，设备还需要清理和重新安装聚变靶丸才能下一次试验，单次发电的性价比太低。”谢华生说。

因而可以实现总稳态、连续运行的磁约束，成为主流的聚变能源装置选择，托卡马克装置是其中代表。韩国亦是磁约束聚变装置的开拓者，发展潜力不容小觑。谢华生介绍，中韩两国的超导托卡马克技术差别不大。在这一方面，两国既有竞争也有合作。总体量上，中国的研发力量更具优势，在个别成果方面，韩国的托卡马克也有一些尖端突破。

2022年，韩国首尔国立大学的Yong Su Na和同事在全球影响因子最高的两本期刊之一《自然》上发表文章，介绍他们KSTAR装置新的约束模式，实验中该装置核聚变反应在超过1亿摄氏度的温度下稳定持续了30秒。

一位核聚变领域的投资人士告诉《中国报道》记者，现在可控核聚变综和技术实力最强的是美国，特别是在激光惯性约束领域。国际原子能机构（IAEA）统计了截止2021年全球聚变装置分布，一共133个，排名第一的是美国，其次是日本、俄罗斯和中国。

核心矛盾难突破

谢华生认为，现在可控核聚变的突破，最需要解决的核心矛盾不是各个约束方案，而是核聚变反应本身无法在科学可行、工程可行和商业可行之间取得平衡。

他指出，目前从物理科学层面最容易发生反应的是氘—氚聚变，但该方案在工程和商业层面很难实现。氘在海水中分布甚广，储量巨大，但氚的资源有限，年产量约几千克到几十千克，主要从裂变堆中产生，如此产量连一个规模大点的聚变电站都维持不了，并且氚的半衰期短，有一定放射性。反应后的产物能量大都由极高能的中子携带，这些中子很容易打坏装置，且暂没有适合的材料能够防护。

其他的反应方案，如氘-氦3依然存在原料问题，氦3在地球上的储量有限（目前已知月球上有较高储量氦三），价格昂贵；氘-氘聚变虽然没有原料不足的问题，但同样存在反应产物高能中子会把装置打坏的问题；氢-硼11聚变在商业化方面比较理想，原料充足，唯一的缺点是反应发生的物理要求太高。

谢华生认为，想要打破僵局，需要从工程和物理两个层面同时着手，一方面提高工程技术水平；另一方面把物理约束做到极致。

虽然仍面临诸多困难，但受访者对核聚变的未来均保持乐观。上述核聚变领域的投资人士告诉《中国报道》记者，看向未来，可控聚变能的实现方式不止一种。除了大型的聚变电站之外，还有一些小型化、低成本方案会有很大的发展空间，例如一些磁镜、场反位型等线性装置。

谢华生观察到，他在参加核聚变国际会议时，国外的参会者大多五六十岁，而中国更多的是年轻人。某高校的核聚变方面博士生也告诉记者，在专业选择时，核聚变相对于核专业的其他方向更受欢迎。

“中国核聚变追赶世界前沿的势头非常猛，但我们原始创新的能力仍需加强。未来是否有可能提出一个全新的聚变方案，实现弯道超车或者来引领世界，值得期待。”谢华生表示。 

图片来源：网络

责编：张利娟

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