北京
陳慶春/文
“人工智能也許是人類社會最后一次技術(shù)革命，當然可能還有能源的核聚變。”這是6月10日，華為首席執(zhí)行官任正非在接受媒體訪談時，所下的結(jié)論。
核聚變產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)與人工智能比肩而立，成為熱度極高的前沿技術(shù)。
7月8日，在未來科學大獎十周年慶典·科學峰會的物理專場研討會上，中國科學院院士、南方科技大學校長薛其坤興奮地表示：“可控核聚變的實現(xiàn)將會是未來二十年最具顛覆性的科學變革，這會永久改變?nèi)祟惸茉磫栴}，足以支撐未來任何一次工業(yè)革命”。
7 月 14 日，在中國河北舉行的第三屆氫硼聚變研討會首次匯聚了中、法、德、美等11個國家和地區(qū)近50家頂尖科研機構(gòu)的專家學者。今年第三屆的參會人數(shù)突然猛增到去年的三四倍，正如核聚變技術(shù)在今年多次發(fā)生的非線性突破，出乎意料卻又在規(guī)劃之中。
7月14日，第三屆氫硼聚變研討會在中國河北舉行
在美國，谷歌宣布向核聚變初創(chuàng)公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）追加注資，并與該公司簽署了一項購買電力的協(xié)議。這已是谷歌四年內(nèi)第三次投資核電領(lǐng)域。而另一家美國可控核聚變公司Helion，在它的投資人列表里，不僅有微軟，還有風頭正勁的 OpenAI 創(chuàng)始人山姆·奧爾特曼，以及馬斯克。
7月22日，中國聚變能源有限公司掛牌成立大會在滬舉行，是中核集團直屬二級單位，也是推進我國聚變工程化、商業(yè)化的創(chuàng)新主體。至此，中國以“國字頭+科研機構(gòu)+民營企業(yè)”的全矩陣姿態(tài)，壓向核聚變賽道。
是什么引爆了全球?qū)司圩兊臒岫龋繛楹沃型獯罄?，無論是企業(yè)家還是科學家，都要站出來為核聚變背書呢？核聚變又是什么？這可能是所有人看到這里最想問的問題。
核聚變：
改寫全球能源格局，氫硼聚變?nèi)髢?yōu)勢明顯
能源，一直是各個國家的宿命。中東天然就有石油，卡塔爾的優(yōu)勢就是天然氣，鈾就是主要分布在澳大利亞、哈薩克斯坦、加拿大。美國就是世界第一大礦產(chǎn)資源強國，鐵礦石、鉛、鋅、銀、鋁等產(chǎn)量均居世界前列。能源，是影響地緣政治的關(guān)鍵因素。
能源，也一直是人類發(fā)展的威脅。一是能源總有枯竭的一天，比如常規(guī)煤炭的可采年限約為 130 年；二是國際能源署警告，這種 “燃燒世界的模式”將使全球溫度上升2°C。
受控核聚變技術(shù)，則有望改變?nèi)缃竦哪茉锤窬峙c現(xiàn)狀。這項技術(shù)可為全球提供廉價、無限的清潔能源——電。新奧能源研究院院長劉敏勝認為：“一旦核聚變實現(xiàn)商業(yè)放電，一度電只需要幾分錢，全球不會再有所謂的資源優(yōu)勢國家。資源的爭奪，將變成技術(shù)的競爭。”
新奧能源研究院院長劉敏勝在第三屆氫硼聚變研討會上
核聚變不僅能緩解地緣沖突，解決全球能源發(fā)展不平衡的問題，更能重塑電力行業(yè)。它的技術(shù)原理是，輕原子核結(jié)合成較重原子核并放出巨大能量的過程，類似于太陽。通過太陽中央極高的壓力與溫度（約1500萬攝氏度）使氫原子核發(fā)生聚變，4個氫核（質(zhì)子）最終融合成1個氦核，損失的質(zhì)量按照愛因斯坦公式 E=mc2轉(zhuǎn)化為能量，以光和熱的形式釋放出來。所以，核聚變又稱之為“人造太陽”。
與聚變并列的是核裂變，指一個重原子核（鈾-235、钚-239等放射性同位素）吸收一個中子后，不穩(wěn)定地分裂成兩個或多個較輕的原子核，同時釋放出大量能量，而伴隨著的還有更多的中子和輻射。
核聚變是“聚在一起”，核裂變是“裂開分散”。兩者同樣都能產(chǎn)生巨大的能量，這些能量再轉(zhuǎn)化成電力能源。裂變材料還可用于制造核武器，但核裂變會產(chǎn)生大量長半衰期高放射性的核廢料，如果發(fā)生事故造成的放射性物質(zhì)的泄漏可以擴散到距離反應(yīng)堆幾百甚至上萬公里的區(qū)域，另外還存在核擴散風險。
相較而言，核聚變更為安全，但技術(shù)門檻更高。核聚變科技，根據(jù)采用的聚變?nèi)剂系牟煌址譃殡熬圩儭渑鹁圩兊龋鼈冊诰圩儠r都需要極高溫度和高壓等嚴苛條件，實驗設(shè)備復(fù)雜昂貴。比如，氘氚聚變需要上億攝氏度，氫硼聚變則需要更高的溫度條件。
氫硼聚變雖然實現(xiàn)的技術(shù)難度最高，但它也具有三大優(yōu)勢：
一是原料是氫和硼，儲量豐富，容易獲取，成本低廉。相對而言，氘氚聚變中的氚極其昂貴，目前 1 克氚標價600 萬元。
二是產(chǎn)物無放射性中子。氫硼聚變的反應(yīng)過程不產(chǎn)生中子，因此安全無輻射。而傳統(tǒng)的氘氚聚變會釋放大量中子，對反應(yīng)堆部件抗中子輻照性能及人員安全防護都有極高的要求。
三是聚變產(chǎn)物是α粒子，可高效直接發(fā)電，且輸出的為兆伏的特高壓電。
這三大優(yōu)勢讓氫硼聚變被業(yè)界視為更具商業(yè)化前景的“終極能源”，而劉敏勝所說的、能改變能源格局的，便是氫硼聚變。
劉敏勝稱，新奧從 2006 年成立能源研究院以來，一直在做各種前沿、創(chuàng)新的新能源的研究探索，生物質(zhì)能源、煤制天然氣、光伏，以及儲能技術(shù)。從可廣泛商業(yè)化的焦慮看，這些技術(shù)都不能解決終極能源的需求。于是2017 年新奧將目光投向了緊湊型聚變。在經(jīng)過五年的深入縝密的全球調(diào)研和探索論證之后，新奧選定了球形環(huán)氫硼聚變技術(shù)路線。
從上世紀 50 年代起，全球開啟核聚變研究，至今仍未達成商業(yè)化發(fā)電。業(yè)內(nèi)曾戲稱，核聚變距離商業(yè)實現(xiàn)永遠有50年，也就是“50 年悖論”。但今年以來的接連突破，讓整個物理科學界和行業(yè)機構(gòu)組織看到了新的時間窗口，有可能20 年后即可進入商用化階段。
點火前夜：
技術(shù)非線性突破，商業(yè)化前景逐漸清晰
無論是哪種聚變技術(shù)路線，想要聚變反應(yīng)真正能夠發(fā)生，也就是達到點火要求，有兩個關(guān)鍵參數(shù)一定要看：聚變?nèi)朔e與聚變增益因子Q。
聚變?nèi)朔e是衡量核聚變反應(yīng)效率和性能的關(guān)鍵指標。實現(xiàn)核聚變反應(yīng)，需要同時滿足三個條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時間，三者的乘積稱為聚變?nèi)朔e。根據(jù)勞遜判據(jù)，只有聚變?nèi)朔e大于一定值（5×1021m?3·s·keV，這是氘氚點火的三乘積要求,氫硼更高），才能產(chǎn)生有效的聚變功率輸出。
勞遜判據(jù)（Lawson Criterion）是判斷受控核聚變能否實現(xiàn)能量凈輸出的閾值條件，其核心思想是：單位時間內(nèi)聚變反應(yīng)釋放的能量必須大于系統(tǒng)損失的能量。這一判據(jù)通過量化溫度、等離子體密度和能量約束時間三者的乘積來評估反應(yīng)效率。
聚變增益因子Q是直接衡量聚變反應(yīng)堆品質(zhì)的參量。其定義為聚變反應(yīng)產(chǎn)生的聚變能量輸出值與外部能量輸入值之比。當Q=1時，輸出能量與輸入能量達到平衡。但由于能量輸入和輸出過程會有能量損耗，為了保證反應(yīng)時長，需要更高Q值（至少達到Q=5）才可能在不需要外部加熱的條件下實現(xiàn)自我維持，達到真正的點火條件。如果再考慮到反應(yīng)堆的建設(shè)和運營等成本，則Q值至少等于10達到經(jīng)濟平衡，Q值大于30的時候核聚變發(fā)電站有望實現(xiàn)商業(yè)化。
為了達到聚變反應(yīng)所要求的聚變?nèi)朔e與聚變增益因子Q，就需要設(shè)計一個非常精妙的聚變反應(yīng)裝置。
中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心副主任顏曉虹4月在中國核能行業(yè)協(xié)會高峰論壇上介紹，實現(xiàn)核聚變的關(guān)鍵是約束，核聚變的約束方式主要包括重力約束、慣性約束和磁約束三類。根據(jù)約束方式的不同，聚變反應(yīng)裝置也會有所不同：
重力約束主要是太陽、恒星；慣性約束，就是用高能激光或粒子束，在極短的時間內(nèi)壓縮微小燃料靶丸，使其因自身慣性能量不易流失，從而發(fā)生聚變，因此要有靶丸和產(chǎn)生激光或粒子束的裝置，代表裝置是NIF（美國國家點火裝置）、神光II（中國）；磁約束，通過復(fù)雜的磁場將高溫等離子體約束在空間內(nèi)，防止其與壁面接觸、流失熱量，從而維持聚變所需環(huán)境，代表裝置是EAST（中國）、ITER（國際）的大型托卡馬克，以及中國新奧的玄龍-50U 球形環(huán)（緊湊型）托卡馬克，Wendelstein 7-X（德國）的仿星器，等等。
左為傳統(tǒng)托克馬克，右為球形環(huán)，圖片源自普林斯頓等離子體物理實驗室。
裝置設(shè)計，是核聚變實現(xiàn)技術(shù)突破的關(guān)鍵所在，每一次重大的技術(shù)躍遷只能通過更換裝置來實現(xiàn)。但每一次新裝置的完成，要達到設(shè)計之初的技術(shù)參數(shù)，也需要一段時間。今年恰恰就是過去幾年建設(shè)的核聚變裝置，頻繁實現(xiàn)技術(shù)爬高的一年。
1月20日，中科院等離子所的東方超環(huán)（EAST）裝置，首次完成一億攝氏度1000秒的“高質(zhì)量燃燒”。中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋云濤表示，聚變反應(yīng)達到千秒量級才能自我維持，跨越“億度千秒”意味著人類率先在實驗裝置上模擬出未來聚變堆運行所需的環(huán)境。
3月28日，中核集團西南物理研究院的中國環(huán)流3號首次實現(xiàn)原子核和電子溫度都突破一億攝氏度，原子核溫度達到1.17億度，電子溫度達到1.6億度，綜合參數(shù)大幅提升。
4月16日，新奧玄龍-50U裝置實現(xiàn)等離子體電流達到一百萬安培（兆安），溫度達到4000萬度，這是全球首次實現(xiàn)兆安級氫硼等離子體放電。5月，該裝置再獲關(guān)鍵工程技術(shù)突破：環(huán)向場（TF）線圈成功實現(xiàn)150kA電流、平頂1.6s的穩(wěn)定通流，對應(yīng)裝置大半徑0.6米處的磁場強度達 1.2T（特斯拉），同步驗證了磁體線圈達到工程滿負荷運行參數(shù)。這標志著“玄龍-50U”裝置的所有工程設(shè)計指標全部實現(xiàn)，成為全球首個實現(xiàn)秒級1.2T以上磁場條件的球形環(huán)裝置，為氫硼聚變所需的高溫高密度條件筑牢了硬件根基。
新奧玄龍-50U于2023年底建成，今年便實現(xiàn)全球首次兆安級氫硼等離子體放電。
與中國同步的是，美國國家點火裝置（NIF）在2025年繼續(xù)推進核聚變點火實驗，實現(xiàn)了 Q = 4 的聚變增益（輸出能量是輸入能量的四倍）；法國WEST裝置在5000萬攝氏度的高溫條件下成功將等離子體維持了1337秒。
上一代裝置完成技術(shù)使命，很多機構(gòu)和企業(yè)陸續(xù)開啟下一代裝置的設(shè)計和組建。
5月1日，中國聚變實驗裝置BEST在合肥舉行工程啟動儀式。BEST將在第一代EAST裝置基礎(chǔ)上，進行聚變能發(fā)電演示。
7 月，新奧宣布已啟動和龍-2裝置的選址。比玄龍-50U裝置，尺寸上大30-40%，磁場會提高3倍，等離子體溫度計劃達到3-5億攝氏度。同時新奧還正在設(shè)計和龍-3裝置，等離子體溫度會繼續(xù)提升達到10億攝氏度。
國際上，國際熱核聚變實驗堆（ITER）完成了世界最大、最強的脈沖超導電磁體系統(tǒng)全部組件建造，標志著ITER工程關(guān)鍵部件建設(shè)進入實質(zhì)性完工階段。上文中提到的谷歌投資的CFS ，也已正式啟動SPARC托卡馬克聚變裝置的組裝工作，目標是在2027年前實現(xiàn)聚變凈能量輸出（即 Q 值大于 1）。Helion 的 Polaris裝置目前正在測試，目標是在近期實現(xiàn)“真正用聚變產(chǎn)出電力”的世界首次演示。
對于中國與各國裝置在今年取得的技術(shù)突破，劉敏勝將其稱之為“非線性技術(shù)突破”，如去年新奧的玄龍-50U裝置磁場強度只有 0.5 特斯拉，今年上半年就突破 1.2 特斯拉。這種翻番式技術(shù)參數(shù)突破，未來還會越來越頻繁的發(fā)生，跨度可能還會更大。
另外，這里也需要說明兩點：第一，目前核聚變裝置僅是三乘積或 Q 值的某幾個參數(shù)的提升，并沒有氘氚聚變或氫硼聚變反應(yīng)，也就是沒有真正意義上的點火，NIF 所謂的“點火”只是小規(guī)模實驗室反應(yīng)；第二，核聚變裝置具有通用性，技術(shù)參數(shù)的突破，能夠同時推動氘氚聚變和氫硼聚變的研發(fā)進程。
核工業(yè)西南物理研究院聚變科學所黨委書記李永革介紹，可控核聚變研究可分為原理探索、規(guī)模試驗、燃燒實驗、實驗堆、示范堆、商用堆六個階段。目前正處于規(guī)模實驗階段，即將步入燃燒實驗。雖然還沒有真正意義上的核聚變反應(yīng)，但已處于點火前夜，技術(shù)正逐漸逼近商業(yè)化的黎明。各機構(gòu)和企業(yè)也紛紛給出了非常清晰的商業(yè)化路線圖。
新奧聚變實驗首席科學家石躍江博士介紹稱，新奧快速地迭代更新裝置，就是根據(jù)商業(yè)化總目標的一個倒排，根據(jù)新奧路線圖，未來十年要突破共性關(guān)鍵技術(shù)，解決工程放大問題，計劃在2035年進入聚變堆階段。
新奧聚變實驗首席科學家石躍江博士發(fā)表學術(shù)演講。
中科院等離子所、中核集團西南物理研究院，也大體在2035年前后形成商業(yè)示范堆。ITER 則表示需要在2040年以后。但也有更激進的，在資本的推動下，美國CFS承諾，旗下ARC 電站2030年投入運行；Helion則與微軟簽訂了2028年供電協(xié)議。不過這些裝置均是氘氚聚變，其成本必然是高昂的。
西安交通大學外籍教授霍迪舉例稱：“NIF裝置用的靶丸，每個成本高達10萬美元，而發(fā)電每天可能需要上百萬個靶丸，經(jīng)濟上完全不劃算?！毕喾?，他十分看好新奧的氫硼聚變：“他們有明確的技術(shù)路線圖，只要按里程碑逐步推進，未來值得期待?？傊虡I(yè)化聚變能源必須小巧緊湊，不能像現(xiàn)在的大型激光設(shè)施那么龐大。”
西安交通大學外籍教授霍迪發(fā)表學術(shù)演講。
好的預(yù)期是，核聚變研究正在打破了“50年悖論”的桎梏，將商業(yè)化預(yù)期變成了20年之約。
中國優(yōu)勢引發(fā)國際關(guān)注：
穩(wěn)坐第一梯隊
歷史上，新能源的出現(xiàn)總會打破現(xiàn)有權(quán)力結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生贏家和輸家，并波及多個行業(yè)和國家的不可預(yù)見的后果。正如上文所言，核聚變必將改變能源格局。誰也不想輸?shù)暨@場比賽。
在第三屆氫硼聚變研討會上，ITER法國總部官員、對外發(fā)言人拉班·科布倫茨接受采訪時笑言：“在美國的議會里面常常聽到一個說法，說我們需要給核聚變更多的經(jīng)費，這樣的話我們就可以超過中國，否則中國就要領(lǐng)先了?！?/b>但是作為一個在歐洲工作的美國人，拉班并不認同這種論調(diào)：“我認為聚變一定是國際合作雙贏的前提下才能往前發(fā)展，否則真正的受害者將是全世界的人們。我不認同議會里面這些人的態(tài)度：聚變研究不是要競爭，而是要合作?！?/p>
ITER法國總部官員、對外發(fā)言人拉班·科布倫茨發(fā)表學術(shù)演講。
而霍迪則肯定地說：“目前中國在聚變領(lǐng)域處于第一梯隊。”“中國在某些領(lǐng)域甚至在領(lǐng)跑。”他認為，NIF雖然領(lǐng)先但優(yōu)勢不大，中國很快會趕上，因為合肥的EAST取得了出色成果，成都的聚變研究所、綿陽的激光研究機構(gòu)都在快速發(fā)展。
此外，霍迪還認為美國過于封閉：“恕我直言，建議美國同行密切關(guān)注中國的發(fā)展動態(tài)。畢竟，等聚變真正商用化時，現(xiàn)在的專利早已過期。在人類共同挑戰(zhàn)面前，開放合作才是正道?！?/p>
中國在核聚變領(lǐng)域的技術(shù)突破，令全球矚目。上世紀 50 年代，中國幾乎與國外同步開啟核聚變的研發(fā)與探索。時至今日，中國核聚變產(chǎn)業(yè)已形成了非常清晰的競爭優(yōu)勢：第一、研發(fā)矩陣形成，國家隊+科研機構(gòu)+民營企業(yè)；第二、產(chǎn)業(yè)鏈完整；第三、極大的開放合作力度。
目前，從技術(shù)綜合實力以及技術(shù)實驗成果來看，中國在核聚變領(lǐng)域的研發(fā)第一梯隊，主要包括：以中科院合肥等離子體物理研究所和中核集團核工業(yè)西南物理研究院為主的“國家隊”，和以新奧集團為代表的大型民營企業(yè)。
2023年以來，國務(wù)院國資委啟動未來產(chǎn)業(yè)啟航行動，明確可控核聚變領(lǐng)域為未來能源的唯一方向。2023年12月29日，由中核集團牽頭，25家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體正式宣布成立。截至2024年12月，可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體成員單位已發(fā)展至33家，涉及上游材料供應(yīng)、制造研發(fā)和下游應(yīng)用等環(huán)節(jié)，包括能源企業(yè)、裝備制造企業(yè)、鋼鐵材料企業(yè)、科研機構(gòu)和高校等。新奧從一開始，就是這個創(chuàng)新聯(lián)合體的一員。
西安交通大學物理學院副院長趙永濤在接受采訪時說：“我們國家的一個特點就是，能快速組織起來，我覺得現(xiàn)在也是一個契機。就像國家當時制造氫彈、原子彈一樣，舉全國之力，調(diào)集各個學科、各個方向的科學家、工程師一起去實施這樣的計劃?！?/p>
西安交通大學物理學院副院長趙永濤在第三屆氫硼聚變研討會
哈爾濱工業(yè)大學教授王曉剛則表示，中國聚變研發(fā)的進展，一個是靠科研人員的努力，國家的支持，還要靠中國自身產(chǎn)業(yè)鏈的支持，中國現(xiàn)在具備可能是世界上最完整的聚變產(chǎn)業(yè)鏈。
新奧劉敏勝說，第一代裝置玄龍-50的國產(chǎn)化率已經(jīng)達到90%以上，第二代裝置玄龍-50U基本實現(xiàn)了全國產(chǎn)。
憑借技術(shù)及供應(yīng)鏈領(lǐng)先優(yōu)勢，中國最近贏得了ITER未來十年核心組裝與制造的多個重要合同，包括：真空室模塊坑內(nèi)組裝合同、核二級換熱器研制合同、磁體饋線關(guān)鍵部件制造與交付、真空室模塊的預(yù)組裝與焊接準備。中國是唯一承擔ITER核心安裝任務(wù)的國際承包方。
中國供應(yīng)鏈的完整性是一方面，而更重要的是穩(wěn)定性。趙永濤稱，ITER項目曾因地緣政治問題取消了俄羅斯的合同，導致項目停滯數(shù)天。
另外，中國核聚變行業(yè)也不太會受資本約束。據(jù)聚變產(chǎn)業(yè)跟蹤機構(gòu)Fusin Energy Base在2024年10月發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2024年10月25日，美國聚變公司吸引了超過56億美元的股權(quán)融資，中國聚變公司吸引了將近25億美元的股權(quán)投資。但中國與美國不同的是，大多投資來自于國家隊，以及私營企業(yè)自有的資金。
美國CFS和Helion Energy兩家公司，總計融資額度分別為20 億美元和 10 億美元以上。投資人對于兩家都有明確的供電時間表。隨著時間的推移，兩家都將面臨商業(yè)化的巨大壓力。
劉敏勝認為，在資本的裹挾下，企業(yè)研究很容易為了吸引投資，而強化某一個參數(shù)，導致技術(shù)路線變形。他并不是排斥外部資本，而是希望按照自己的研發(fā)節(jié)奏走向商業(yè)化。據(jù)他介紹，截止到目前，在核聚變研究上，新奧完全依靠自籌資金，已經(jīng)投入了40多億元人民幣，要完成下一代和龍-2號裝置還要繼續(xù)更多投資。但他絲毫不擔心資金問題，因為技術(shù)突破取得的成果，便是未來持續(xù)投入的信心來源。
目前，新奧聚變研發(fā)團隊已經(jīng)聚集了300多人，其核心團隊不乏國際聚變研究的重量級專家。如聚變物理方面，有來自美國橡樹嶺實驗室的球形環(huán)托卡馬克發(fā)明人彭元凱博士；在聚變實驗與診斷控制方面，有實踐經(jīng)驗豐富的宋顯明博士（有德、日、法、美等多國科研機構(gòu)研學背景），石躍江博士則曾任職中國科學院、韓國聚變研究所和首爾大學，為HT-7、EAST、 KSTAR、J-TEXT、VEST等聚變裝置研發(fā)了多套國際先進水平的光譜診斷系統(tǒng)。
如今，在技術(shù)頻繁突破、商業(yè)前景逐漸清晰的階段，核聚變行業(yè)勢必迎來更多的資本關(guān)注。根據(jù)普林斯頓大學的研究人員測試，一座1000MW的核聚變電廠成本在27億美元到97億美元之間。若核聚變完全商業(yè)化，根據(jù)Ignition Research估算，到2050年將成為一個至少1萬億美元的市場。
在中國，石油巨頭、地方國資對于核聚變行業(yè)同樣在加速升溫。2024年，中國石油昆侖資本出資29億元，持有聚變新能（安徽）有限公司（以下簡稱聚變新能公司）20%的股份。今年4月，上海未來產(chǎn)業(yè)基金戰(zhàn)略投資中國聚變能源有限公司，是該基金自2023年成立以來的首個直投項目，也是上海國投公司在未來能源領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略布局。
獨特的資本結(jié)構(gòu)，讓中國核聚變行業(yè)保持了其他行業(yè)從未有過的開放合作力度。新奧“玄龍-50U”實現(xiàn)四千萬度、百萬安培運行，其中的中性束就是西物院和新奧合作設(shè)計的。中國國內(nèi)團結(jié)一致，也愿意參與到全球各核聚變裝置項目的建設(shè)中，并邀請各國的技術(shù)專家來中國一起研討。今年新奧還啟動了氫硼聚變研究基金，吸引了國內(nèi)19所機構(gòu)提交27份提案，最終18個開創(chuàng)性項目獲得資助，以生態(tài)合力加速聚變技術(shù)突破。
堅實的梯隊、穩(wěn)定完整的供應(yīng)鏈、開放合作，在面對全人類共同面對的高溫預(yù)警、能源短缺的共同命運前面，必然會塑造一個全球競速也全球合作的核聚變行業(yè)。
人工智能：
提升準確率 縮短研發(fā)周期
人工智能正在加速核聚變技術(shù)的突破速度。特別是，生成式 AI 大模型目前在各學科領(lǐng)域的推理能力，為處理核聚變研發(fā)過程中呈現(xiàn)的復(fù)雜性，提供了新的思路和方法，如虎添翼。
在此前，由中國核學會指導、中國核學會核聚變與等離子體物理分會主辦、新奧集團承辦的第四屆“受控核聚變與人工智能技術(shù)學術(shù)會議”上，哈爾濱工業(yè)大學物理學院教授王曉鋼指出，聚變領(lǐng)域是人工智能應(yīng)用的理想場景之一，聚變研究積累了大量數(shù)據(jù)，為人工智能的應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)。
近一年來，人工智能在核聚變研究中的進展，就如同其自身的發(fā)展，堪稱神速。2024 年，美國普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）開發(fā)出一種 AI 模型，能夠提前 300 毫秒預(yù)測等離子體的不穩(wěn)定性；美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）成功構(gòu)建了一個用于發(fā)現(xiàn)核聚變設(shè)施新型合金的人工智能模型；今年，日本量子科學技術(shù)研究開發(fā)機構(gòu)（QST）與日本電信電話株式會社（NTT）共同開發(fā)出全球首個利用 AI 預(yù)測等離子體約束磁場的技術(shù)。
石躍江博士稱，新奧去年就組建了人工智能研發(fā)團隊，專門開發(fā)核聚變領(lǐng)域的垂直大模型，解決數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)測、實時控制、數(shù)字孿生等諸多復(fù)雜問題。他們并非僅僅將AI視為一個輔助工具，而是將其內(nèi)化為解決聚變核心問題的關(guān)鍵邏輯。
長期以來，如何精確控制聚變反應(yīng)中復(fù)雜多變的等離子體，一直是困擾科學家的核心難題。傳統(tǒng)方法在應(yīng)對多維度、多變量的耦合控制時往往顯得捉襟見肘，但在 AI 面前，這一挑戰(zhàn)似乎找到了突破的曙光。新奧團隊依托自主開發(fā)的智能控制算法，實現(xiàn)了對等離子體電流和位移等關(guān)鍵參數(shù)的精準調(diào)控，使得裝置運行的穩(wěn)定性得到了顯著提升。
從聚變裝置的平衡設(shè)計到最佳加熱方案的制定，這些任務(wù)往往需要跨越多個學科的專業(yè)知識和高度的系統(tǒng)集成，過去需要頂尖人才多年的經(jīng)驗積累和團隊之間的高效協(xié)作。而新奧希望借助 AI，特別是大型模型強大的知識整合能力和小型模型精準的工具調(diào)用能力，構(gòu)建一個能夠自主學習、自主決策的 “聚變專家”，這無疑預(yù)示著未來聚變研究范式的深刻變革。
除了核心科學問題的攻克，新奧還將 AI 的觸角延伸至現(xiàn)有聚變技術(shù)的各個子領(lǐng)域，去年新奧聚變在中性束調(diào)優(yōu)和破裂預(yù)測方面取得的進展，以及今年在提升診斷數(shù)據(jù)處理效率上所做的持續(xù)努力，都清晰地展現(xiàn)了 AI 在顯著提升聚變研究效率方面的巨大潛力。
劉敏勝表示，新奧在其“玄龍-50U”裝置上，利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)了對等離子位形的控制，并開發(fā)了裝置的數(shù)字孿生系統(tǒng)，大大提高了多物理場耦合仿真的速度。
在生成式 AI的快速迭代中，AI 驅(qū)動的自動化實驗室或?qū)⒊蔀槌B(tài)，不斷壓縮核聚變技術(shù)突破的時間窗口。而與其他行業(yè)不同，AI變革下的核聚變產(chǎn)業(yè)，也將反過來解決AI急需的電力缺口問題。
結(jié)語
全球科研機構(gòu)與企業(yè)的合力攻堅，核聚變已從不斷刷新的“裝置紀錄”走向愈發(fā)清晰的“商業(yè)藍圖”。特別是中國，憑借國家隊引領(lǐng)、民企創(chuàng)新與完整產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，正加速推動“人造太陽”從科學幻想走向電網(wǎng)現(xiàn)實。
氘氚路線在溫度、長脈沖和三乘積上穩(wěn)步攀升，氫硼路線則借玄龍?50U 兆安電流和高場躍遷，把“無中子終極聚變”從紙面轉(zhuǎn)化為突破性的科研實驗成果，明晰的三步走的商業(yè)化路線和日益完善的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，則為未來低成本、高安全的聚變商業(yè)發(fā)電目標架起骨架。
這場由中國企業(yè)深度參與并引領(lǐng)的變革，終將推動人類從“能源約束時代”邁向“文明能級躍升時代”。
然而，黎明愈近，挑戰(zhàn)愈顯：上億攝氏度等離子體的穩(wěn)定約束、耐高溫超導材料的批量制備、氚自持或氫硼點火所需的極端條件，仍需跨學科、跨國的持續(xù)攻關(guān)；全球聚變?nèi)瞬湃笨诰薮?，既要聚變物理泰斗，也需跨學科工程師、AI 專家與產(chǎn)業(yè)化經(jīng)理人，以及如何快速培養(yǎng)并留住“既懂等離子體又懂 AI”的復(fù)合型工程師，都將決定未來20 年的沖刺速度。
技術(shù)突破已點燃火種，唯有以開放合作彌合人才與工程鴻溝，方能真正迎來聚變照進現(xiàn)實的曙光。
參考資料：
1、《能源雜志：核聚變突圍》
2、《財經(jīng)雜志：終極能源曙光顯現(xiàn)，全球核聚變競爭提速》
3、《第一財經(jīng)：萬億可控核聚變賽道群雄逐鹿，中國“人造太陽”商業(yè)化曙光初現(xiàn)》
https://m.yicai.com/news/102608042.html
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