談及核聚變成功，人們聽得最多的就是“還有50年”。2022年年末，一則來自美國的消息再度引發人們對這一技術的興趣。2022年12月13日，美國能源部、美國國家核安全管理局、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)聯合舉辦新聞發布會，宣布“國家點燃實驗設施”(NIF)在2022年12月5日的一次實驗中首次實現了聚變能量超過輸入能量。

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室“國家點燃實驗設施”內部。

據悉，該項目實驗中利用激光發射器輸出了2.05兆焦耳能量，引發的核聚變反應產生了3.15兆焦耳的能量，反應產生的能量比用于產生它的激光中所包含的能量多，約為1.5倍。

消息一出，互聯網上就出現各種聲音，準備“下海”撈金者有之，某投資人甚至聲稱，核聚變發電馬上就來了;馬上聯想到政治者有之，有觀點認為，這是美國在敲打沙特——以后不需要石油了。

問題是，這一技術突破對核聚變發電的意義有多大?

《經濟學人》以“美實現‘核聚變突破’?噱頭大于現實”為題進行報道。該文章認為，新聞可能選擇性地夸大了氘作為核聚變燃料的優點，卻輕易地忽略了其他事實。

中國工程院院士杜祥琬對這一實驗成果保持了更謹慎的看法。他表示，美國國家點火裝置實現的凈能量增益，是科研上的進展，但離產生上百倍的高增益目標還差得很遠，更不用說變成真正清潔、無限能量的“人造太陽”。學界基于激光約束的核聚變試驗實現了能量正增益，互聯網上有人對此激動不已，準備“下海”撈金。主流看法認為，托卡馬克裝置的磁約束核聚變實現商用化更有希望，是真正走向聚變能的技術途徑。

有專家表示，LLNL的核聚變實驗產生的能量只能燒開10壺水，而為了產生這些能量，NIF在整個過程中消耗了高達322兆焦耳的能量。據報道，NIF從1997年開工到2009年正式落成，總投入不低于35億美元。

激光約束路線一波三折

從原理上看，核聚變就是將兩種較輕的元素結合在一起，形成較重的元素的過程。簡而言之，這與太陽提供能量的方式相同，即氫原子的質子以令人難以置信的高溫猛烈碰撞，融合在一起產生氦原子。

在地球上，核聚變是通過融合元素氘(重氫，D)和氚(超重氫，T)來實現的。氘的含量非常豐富，可以在水中找到，尤其是海洋中;而氚的含量較低，主要存在于大氣中，是宇宙輻射的結果。此外，氚也可以在核爆炸中產生，是核反應的副產品。

太陽的巨大引力使它能夠聚變氫原子，但要在地球上創造聚變，科學家需要施加大約1億攝氏度的溫度和極高壓力，要比太陽核心溫度高約10倍。

多年來科學家一直在探索如何利用激光使氫原子發生核聚變，但過程并不順利，可謂一波三折。

1972年，美國物理學家Nuckolls首次在《自然》雜志發表了基于內爆方式的激光聚變方案，又稱中心點火方案。這一年，被學術界稱之為激光聚變元年。

LLNL自1997年始，便以實現聚變能量輸出大于輸入的激光能量為目標，建設了擁有192路、總能量約為2兆焦的NIF——采用間接驅動方案，192路激光從圓柱金質黑腔的上下底面入射，輻照在黑腔內壁上，產生空間均勻的X射線輻射場。X射線輻照在置于黑腔中心的氘、氚燃料靶丸外表面，產生燒蝕、壓縮、點火。

“隨著密度、溫度的增加，燃料中心區域壓強可以與太陽核心的壓強相當，從而引發聚變反應。當聚變功率超過了能量損失功率時，形成可自持燃燒的熱斑，即為點火。當燃燒波從熱斑向外擴散時，點燃周圍燃料，實現凈能量增益。”上海交通大學物理與天文學院長聘教軌副教授吳棟說。

據媒體報道，2021年8月8日，NIF采用了更大的靶丸尺寸與更小的激光入射孔徑，獲得了1.35兆焦的能量輸出，能量增益達到了0.7，相較于同年先前的實驗發射能量產出增加了近十倍。當時的實驗首次證明NIF已經實現了物理意義上的點火。如今，NIF又有了新的突破，2022年12月5日，實現了聚變能源意義上的凈能量增益。LLNL的主任金·巴迪爾說：“在實驗室中所追求的聚變點火，是人類有史以來所應對的最重要的科學挑戰之一，實現它是科學的勝利、工程的勝利，但最為重要的是人類的勝利。

”據《華爾街日報》報道，2022年12月1日，核聚變初創公司CommonwealthFusionSystems表示，已經籌集到了超過18億美元的投資。這一數字，刷新了核聚變私人投資額的新紀錄。比爾·蓋茨、喬治·索羅斯、馬克·貝尼奧夫等一眾投資大佬，以及谷歌的母公司Alphabet、DFJGrowth等企業紛紛參與投資。

我國兩大技術路線均有布局

核聚變領域的主流技術主要包括磁約束和慣性約束(激光約束)兩大路線。我國在這兩條技術路線上都有布局。

在激光約束領域，20世紀60年代，激光器一問世，科學家們就開展了激光核聚變的研究。當時，蘇聯科學家巴索夫和中國科學家王淦昌分別獨立提出了用激光照射在聚變燃料靶上實現受控熱核聚變反應的構想，開辟了實現受控熱核聚變反應的新途徑——激光核聚變。

1974年，中國采用一路激光驅動聚氘乙烯靶發生核反應，并觀察到氘氘反應產生的中子。此外，著名理論物理學家于敏在20世紀70年代中期就提出了激光通過入射口、打進重金屬外殼包圍的空腔、以X光輻射驅動方式實現激光核聚變的概念。1986年，中國激光核聚變實驗裝置“神光”研制成功。

在磁約束領域，自1960年開始，中國以“托卡馬克”為主要研究途徑，基于此技術先后建成并運行三大聚變反應堆：華中科技大學的J-TEXT裝置、核工業西南物理研究院的HL-2M裝置和中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所素有“人造太陽”之稱的EAST全超導托卡馬克裝置(東方超環)，向國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)計劃提供結果。

20世紀80年代，中國制定了“三步走”——熱堆、快堆、聚變堆的核能發展戰略，隨后加入ITER計劃，進一步推動中國聚變能源研究進入國際陣營，為建成中國自己的核聚變反應堆做準備。

科技部中國國際核聚變能源計劃執行中心副主任王敏曾表示，通過參加ITER計劃，中國無論是聚變技術，還是國際大科學工程管理都有了大幅度提升。可以說，在參與ITER計劃的各方中，中國是進步最快、加速度最大的一方。

2020年12月，中國新一代“人造太陽”裝置——中國環流器二號M裝置(HL-2M)在四川成都的核工業西南物理研究院正式建成并實現首次放電;2021年12月，中國“人造太陽”EAST成功實現1056秒的長脈沖高參數等離子體運行，成為世界上托卡馬克裝置實現的最長時間高溫等離子體運行，打破世界紀錄;2022年10月，中國宣布HL-2M裝置的等離子體電流突破100萬安培，創造可控核聚變裝置運行新紀錄。

根據規劃，中國以現有中、大型托卡馬克裝置為依托，瞄準國際核聚變前沿課題研究，在磁約束聚變領域建立了近期、中期和遠期技術目標。中國聚變工程實驗堆的規劃是：到2050年，聚變工程實驗堆實驗成功，開始建設聚變商業示范堆。

商業化前景“還有50年”?

有專家認為，前人積攢下的經驗已經讓核聚變顯露商業化前景。

“最近的技術進步意味著核聚變已經不再是一個理論科學實驗，開始慢慢展現出商業化的潛力。”突破能源基金的專家PhilLarochelle認為，可控核聚變是人類獲取能量方式的一大改變，在人類歷史上，其重要性可能與掌握火種并駕齊驅。美國初創企業英聯邦核聚變系統公司的聯合創始人兼首席執行官BobMumgaard則認為，“時間，已經將科學和工程推進至人們能想象出未來核聚變發電站樣貌的地步。現在雖然距離(核聚變商業化)非常接近，但尚未到達。”

也有機構人士對此持觀望態度。“大部分媒體關注的‘凈能量收益’的科研意義大于實際，甚至有點炒作的嫌疑，所謂的核聚變發電還遙不可及。”海銀資本合伙人王煜全說，這次實驗并沒有技術上的突破，實驗成果的科研意義比較大，產業價值暫時可以忽略不計。“今天的成果再放大100倍才有應用潛力，至于產業化的價值則更微小;如果規模發電的前提是規模耗電，是難以產業化的”。

近年來，隨著硬科技投資趨勢熱潮來臨，以及業界對新能源的高度重視，一批商業資本、風險投資開始涌入核聚變能源的創業公司。

據不完全統計，谷歌、高盛、蓋茨基金會、紅杉中國、藍馳創投、中科創星、順為資本、和玉資本、險峰長青、聯想之星等國內外機構都已經在這一領域布局。2022年2月，成立于2021年的能量奇點宣布完成近4億元人民幣的首輪融資，米哈游和蔚來資本領投，紅杉中國種子基金和藍馳創投跟投。該公司計劃，融資主要用于研發和建設基于全高溫超導材料的小型托卡馬克實驗裝置，以及研發可用于下一代高性能聚變裝置的先進磁體系統。

2022年6月，陜西星環聚能科技有限公司正式對外宣布，完成數億元天使輪融資，用于可控聚變能開發。順為資本、中科創星、昆侖資本等十多家機構參與投資。陜西星環聚能科技有限公司成立于2021年，獲得本輪融資后，將在陜西省西咸新區建設球形托卡馬克聚變裝置。

事實上，在主流技術之外，還有一個用超聲波觸發核聚變的技術路線。2003年，美國科學家泰斯恩創建“脈沖裝置公司”，雇傭“聲致冷光”的研究人員開發直徑為6米的超聲聚變反應堆。但近年來鮮見報道。

無論是哪條技術路線，從實驗成功走向未來的商業化，預計都需要很長時間，仍難以打破“還有50年”魔咒。但來自美國舊金山的一只蝴蝶已經在扇動翅膀，也許正有一陣龍卷風將要席卷古老的化石能源叢林，值得拭目以待。