核聚變的“網紅”進階史
核聚變的挑戰是可以克服的，但它需要嚴格的管理、數十年的研究、大量的資金。
文 | 魏然
2023年以來最爲火爆的科技圈新聞一定是OpenAI公司的ChatGPT。不過鮮有人知的是，OpenAI公司的首席執行官Sam Altman還是硅谷地區知名的投資人。
在ChatGPT獲得巨大成功之後，Sam Altman準備把職業生涯的下一步押注在更具挑戰性的地方——一家名爲Helion Energy Inc.的核聚變初創公司。
謎一般的前景
儘管名爲初創公司，但實際上總部位於華盛頓州埃弗雷特的Helion Energy，已經有着10年的歷史了。
就在今年5月，Helion Energy宣佈將會在2028年之前建成世界上第一座聚變發電廠。 而且他們已經爲自己的核聚變電力找到了第一個客戶——軟件巨頭微軟。雙方已經簽訂了電力購買協議。Helion Energy預計核聚變電廠投產後將在1年內實現至少50MW的發電能力。
對於一個大型發電廠來說，50MW的裝機容量很小。但是核聚變發電廠如果真的可以實現商業化運營，意味着人類可以獲得穩定的無碳電力，不再需要面對風光發電的間歇性挑戰，也不需要擔心核裂變發電帶來的輻射風險。
Helion Energy足以讓全世界震驚。因爲僅僅就在半年之前的2022年12月，美國加利福尼亞勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室才宣佈，在該實驗室一次核聚變實驗中，核聚變反應產生的能量超過所消耗的能量。
長期以來聚變反應總是無法實現淨能量增加，即消耗能量總是超過反應產生的能量。
勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室此次成功的核聚變實驗，是人類歷史上第一次實現淨能量核聚變反應。
與Helion Energy相比，其他的核聚變初創公司的目標大多是在2030年代初期開始運營發電廠。即便如此，許多科學家和觀察家們都認爲過於樂觀了。
Helion Energy首席商務官斯科特·克里西洛夫（Scott Krisiloff）表示，Helion 目前正在開發第七個原型機 Polaris，預計將於2024年完成，並將成爲第一個通過聚變產生電力的原型機。
迄今爲止，Helion已開發並測試了六種原型機。該公司於2021年宣佈，最新的Trenta原型機溫度達到了1億多攝氏度，成爲第一家公開透露其已達到商業工廠所需溫度的私營公司。
提倡使用核能的政策研究組織Good Energy Collective的執行董事傑西卡·洛夫林（Jessica Lovering）表示，除非Helio Energyn取得了重大進展，否則該公司仍然面臨着一系列非常困難的技術任務。
這包括實現淨能量增加，並將該能源轉化爲可以流入電網的穩定、廉價電力。
此前勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室的成功試驗，所產生的淨能量距離發電還十分遙遠。甚至在實驗過程中，高於預期的能量產量損壞了實驗裝置中的一些診斷設備，使人懷疑點火是否真的已經實現。
而且，即便點火確實成功了，但該實驗並未實現所謂的“工程增益”。簡單來說，不能只考慮單一的能量輸入和輸出，還需要考慮爲了實現能量增加，所配套的設備等能量。
實現這一點對於核聚變的商業化應用至關重要。而且現在半年多過去了勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室依然還沒有能夠重複這一成功實驗。
商業聖盃
儘管技術未來並不明朗，但是對於投資人們來說，核聚變似乎是門不錯的生意。Helion Energy超5億多美元的募資甚至算是比較低的水平。
“核聚變就是聖盃。”Salesforce Inc.的首席執行官貝尼奧夫先生表示，“它是神話中的獨角獸。”貝尼奧夫投資了Commonwealth Fusion Systems公司。
Commonwealth Fusion Systems是美國一家以商業核聚變爲目標的能源公司，由MIT麻省理工創立，獲得了比爾蓋茨、谷歌等名人、企業的投資，該公司現在募集了約20億美元的資金，計劃在美國建立一座聚變反應堆SPARC，佔地將近47畝，預期在2030年代初期實現商業核聚變發電。
貝尼奧夫表示，他是被Sun Microsystems聯合創始人維諾德·科斯拉（Vinod Khosla）說服後投資核聚變的。維諾德·科斯拉是核聚變領域早期的商業投資者，在此之前，支持核聚變技術的資金一般來自學術界和國家實驗室。
科斯拉認爲核聚變應該多種技術齊頭並進，並正在投資另一家公司Realta Fusion。該公司是威斯康星大學麥迪遜分校的衍生公司。“即使衆多技術路線中，只有其中之一能夠發揮作用，在我看來都會對地球有益。”
作爲一名投資者，科斯拉如此評價對於核聚變的投資：“在財務上，要麼你損失一倍的錢，要麼你可以賺一千倍的錢。”
非盈利研究組織能源期貨倡議的首席執行官、前美國能源部長歐內斯特·莫尼茲認爲，在2030年之前，至少會有1到2家企業展現出核聚變商業化的可能性。
全球熱潮
不是隻有美國人對核聚變十分熱衷。
6月22日，德國政府宣佈了推動國內核聚變發展研究的計劃草案。科學部長貝蒂娜·斯塔克-瓦青格表示，根據該提案，德國將支持目前正在開發的所有有前途的聚變技術，包括最近在美國取得突破但在歐洲尚未得到廣泛研究的激光技術路線。
另一種使用強力磁鐵的技術路線已經得到了位於德國北部小鎮格賴夫斯瓦爾德的 Wendelstein 7-X 研究反應堆和法國南部的國際熱核實驗反應堆（ITER）的大力支持。
斯塔克-瓦辛格在柏林對記者表示：“我們希望解決磁核聚變和激光核聚變問題。”他補充說，該計劃將“大幅”增加德國目前每年爲此類研究提供的1.49億歐元（1.63 億美元）資金。
德國初創公司Proxima Fusion正在開創革命性的仿星核反應堆，並雄心勃勃地計劃到2030年代建造一座聚變發電廠。
Proxima Fusion是馬克斯·普朗克物理研究所的子公司，已籌集700萬歐元用於開發創新的高性能仿星器，即磁約束聚變裝置。
該初創公司的仿星器以世界上最先進的仿星器Wendelstein 7-X (W7-X)的成功爲基礎，爲聚變發電廠提供了引人注目的功能，例如穩態運行和改進的熱管理。這個雄心勃勃的項目旨在克服仿星器的歷史性挑戰，例如高溫下等離子體約束不佳和結構公差，並將聚變能推向商業前沿。
世界上最著名的核聚變研究裝置——國際熱核聚變實驗堆（ITER）的巨型核聚變發電項目就在法國南部。
ITER項目正式啓動於2006年，參與其中的各國際合作方（包括歐盟、美國、日本、俄羅斯、印度等）同意籌集約50億歐元（當時約63億美元）的資金，以十年爲期，計劃2016年投入運行。不過目前來看，ITER的運行要晚於最初的計劃。
中國在覈聚變的研究領域也有所建樹。2023年4月12日21時，中國有“人造太陽”之稱的全超導託卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）創造新的世界紀錄，成功實現穩態高約束模式等離子體運行403秒，對探索未來的聚變堆前沿物理問題，提升核聚變能源經濟性、可行性，加快實現聚變發電具有重要意義。
此外，電動汽車公司蔚來先後在2022年和2023年投資了核聚變公司能量奇點和Neo Fusion。
冷思考
從2020年全球開啓“雙碳”熱潮之後，核聚變一下子變得炙手可熱。大家將其視爲人類未來終極能源解決方案。隨之而來的就是大筆資金流入。
根據2022年的一份報告，共有超過47億美元注入了核聚變初創企業。
自20世紀50年代以來，科學家們一直在研究核聚變。但人們認爲建造一座實際發電廠不僅成本高昂，而且前景渺茫。在失敗情緒的蔓延下，核聚變領域出現了個經典笑話：“核聚變的成功是什麼時候？永遠都是在30年之後。”
普林斯頓大學研究人員表示，一座1000兆瓦（100萬千瓦）核聚變發電站的造價可能在27億美元到97億美元之間。按照科學家弗蘭克·勞金的計算，一座發電裝機容量爲2000至3000兆瓦的核聚變商業發電廠，成本約爲110億美元。
2021年，彙集了歐洲大陸領先聚變研究機構的組織EuroFusion的首席執行官託尼·多內（Tony Donné）告訴《自然》雜誌，“私營公司表示他們將在十年內商業化運行核聚變。但這只是爲了吸引資助者。”
豪言壯語是發不出電的。無論企業多麼有雄心，核聚變依然更多是一項科學實驗，尚未進入工程建設的階段。只有當核聚變技術在實驗室裡穩定、持續、安全的運行，纔到了考慮大規模發電的時間。
作爲核聚變的兄弟，核電的早期歷史是樂觀的——人們宣稱這項技術將會進步並能夠滿足我們對不斷增長的能源的需求。但遺憾的是，一系列事故讓這一夢想最終失敗。
如今，快要到了聚變發電即將登上舞臺的時候。它還會重蹈覆轍麼？
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