要點:
隨着全球氣候變化危機和環境退化的加劇，2023年全球政府、行業和消費者都在積極尋求能夠替代化石燃料、清潔並可持續的能源供應。核聚變能源利用核聚變的力量來發電，通過將不同類型的氫原子結合形成氦來產生熱量，這與太陽提供能量的過程相同。又因為聚變反應所需的燃料能夠從海水中提取，所以其實際上擁有可持續產生几乎無限的無碳能源潛力，有望徹底改變全球能源格局。
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早前，狂呼觀點曾發佈一文”微軟正在押注最好的可再生能源，未來廉價可靠的聚變能源？”指出由於多種原因，微軟此時投資核聚變能源，一點也不令人意外。相關領域的科學家普遍認為，目前距離真正實現核聚變商業化還有几十年的時間。他們預計將在2050年左右實現核聚變發電，而核聚變在本世紀后半葉才可能成為一種可行的氣候解決方案。不過，世界對清潔能源日益增長的需求，以及核聚變能源本身具備的優勢，加速了人們對核聚變技朮的重大投資和研究。
什么是核聚變？
核聚變是兩個輕原子核結合成一個較重的原子核并釋放出巨大能量的過程。核聚變反應發生在一種被稱為等離子體的物質狀態中，一種由正離子和自由移動的電子組成的高溫帶電氣體，具有不同於固體、液體或氣體的獨特性質。
太陽和其他所有的恆星都是由這種反應所驅動。為了在太陽中實現聚變，原子核需要在大約1000萬攝氏度的極高溫度下相互碰撞。高溫為它們提供了足夠的能量，以克服相互之間的電排斥力。一旦原子核進入彼此非常接近的范圍，它們之間的核吸引力將超過電排斥力，從而使它們能夠實現聚變。要做到這一點，眾多原子核必須被約束在一個小空間內，以增加碰撞的機會。在太陽中，其巨大的引力所產生的極端壓力為核聚變創造了條件。
為什么要研究核聚變能源？
自從20世紀30年代我們理解核聚變理論以來，科學家以及越來越多的工程師，一直在尋求重新創造和利用核聚變的機會。如果核聚變能夠以工業規模在地球上復制，它可以提供几乎無限的清潔、安全和負擔得起的能源以滿足世界的需求。
核聚變每公斤燃料可以產生比核裂變（用於核電廠）多四倍的能量，比燃燒石油或煤炭多近四百萬倍的能量。大多數正在開發的聚變反應堆概念將使用氘和氚的混合物，含有額外中子的氫原子。理論上，只要有几克這些反應物，就可以產生一萬億焦耳的能量，這大約是在一個發達國家，一個人60年所需的總能量。
聚變燃料很丰富，也很容易獲得：氘可以從海水中廉價提取，而氚則可以利用聚變產生的中子與丰富的天然鋰反應產生。這些燃料供應可持續數百萬年之久。未來的聚變反應堆在本質上也是安全的，不會產生高放射性、長衰變期的核廢物。此外，由於核聚變過程難以啟動和維持，因此不存在失控反應和熔毀的風險；核聚變只能在嚴格的操作條件下發生，超出這個條件（例如在事故或系統故障的情況下），等離子體將自然終止，很快失去其能量，并在對反應堆造成任何持續損害之前熄滅。重要的是，核聚變，就像裂變一樣，不會向大氣層排放二氧化碳或其他溫室氣體，因此，從本世紀下半葉起，它可能成為低碳電力的長期來源。
比太陽還熱的能量？
太陽具有巨大引力，自然會誘發核聚變，但如果沒有這種引力，就需要比太陽更高的溫度才能發生反應。在地球上，我們需要超過1億攝氏度的溫度和強大的壓力，以使氘和氚發生聚變，同時還需要充分的約束，使等離子體和核聚變反應維持足夠長的時間，使產生的能量大於啟動反應所需的能量。
雖然目前在實驗中通常已實現非常接近核聚變反應堆所需的條件，但仍需要改進約束性能和等離子體的穩定性，以維持反應并持續產生能量。來自世界各地的科學家和工程師繼續開發和測試新材料，設計新技朮，以獲得淨核聚變能。
全球各國的核聚變
數據顯示，2022 年聚變能源市場的價值為2805億美元，預計2023年至2029年的年復合增長率將達到 7.4%，最終達到4623億美元。如今，世界各國正在核聚變發電的道路上一往無前，競爭也日益激烈。美國能源部於2022年12月報告了核聚變的重大科學突破。聚變反應釋放的能量首次超過了用於點燃聚變反應的能量。雖然這一成就確實是歷史性，但停下來思考聚變能源的未來發展方向尤為重要。
潛在聚變能源發電廠的效率仍有待觀察。美國能源部報導的聚變淨增益實際上需要大約300兆焦耳的能量輸入。這沒有包括在能量增益計算中，為192台激光器提供動力所需的能量輸入來自電網。換句話說，該實驗使用的能源相當於典型加拿大家庭兩天的能源使用量。在此過程中，核聚變反應輸出的能量足以點亮14個白熾燈泡一小時。
如今2023年6月中國科技部部長王志剛帶隊赴合肥調研核聚變相關工作，并就核聚變未來發展路徑研究召開專題座談會。王志剛在調研過程中提出，要聚焦核聚變工程、技朮和方法研究，加速核聚變能源化利用進程。
王志剛一行首先赴中科院合肥物質研究院現場考察了全超導托卡馬克核聚變實驗裝置/EAST和聚變堆主機關鍵系統綜合設施/CRAFT園區，了解磁約束核聚變研究進展和重大成果。隨后，在調研現場召開了核聚變未來發展路徑研究座談會，深入了解核聚變研究最新進展，認真聽取與會專家對於核聚變未來發展路徑的意見建議，并開展交流研討。
王志剛指出，核聚變能是人類未來終極能源，積極推進核聚變相關工作意義重大。當前中國，國內正在探索的磁約束托卡馬克氘氚聚變、Z箍縮聚變裂變混合堆、磁約束球型環氫硼聚變等几種技朮路線，在研究基礎、建設進展、研究難點、預期節點等方面存在差異，處於研究開發的不同階段，各具優勢。王志剛強調，下一步要對照中央科技委員會辦公室職責任務，統籌研究核聚變領域相關工作；要聚焦核聚變工程、技朮和方法研究，加速核聚變能源化利用進程；同時，加強原創性引領性科技攻關，強化制度保障和政策引導，加強配套技朮研究，謀求未來競爭優勢，推動中國核聚變領域科技創新工作高質量發展。
早前在2022年7月，美國核聚變工業協會發布了一份報告。該報告顯示：“目前全球有 30多家核聚變產業相關的公司，融資總額超 48億美元。”比如，誕生於美國麻省理工學院的Commonwealth Fusion Systems公司，總共獲得了超過20億美元的融資。
另一家法國核聚變公司2020年剛剛成立，名為Renaissance Fusion，近日完成1500萬歐元種子輪融資。他們致力於在地球上建造一個基於仿星器結搆的核聚變反應堆，以實現能源消耗和碳排放脫鈎為目標。值得關注的是，該公司認為其對於液態金屬的使用頗具創新性。在商業磁聚變領域，他們是唯一一家將液態鋰與等離子體結合的公司。現在，在液態鋰基壁的制造上，Renaissance Fusion已經實現了 1 釐米的厚度，后續還會通過大量的迭代，達到最終所需要的30至40釐米的厚度。
在核聚變研究領域，日本也一直在發力。據了解，日本目前有兩個主要的聚變研究設施，分別是日本量子科學技朮研究開發機搆的核聚變實驗裝置“JT-60SA”和日本國立聚變科學研究所的大型螺旋裝置。日本自20世紀50年代起就開始研究核聚變；20世紀90年代以后，核聚變發電成為了日本重要的發展方向之一，不僅積累了領先世界的技朮水平，還參與了國際熱核聚變試驗堆/International Thermonuclear Experimental Reactor，簡稱ITER的建造計划。
與此同時，尖端研究也在向民營企業轉移，投資者正在資助一些商業項目，希望其所建造的商業聚變反應堆能夠比ITER運行得更快。2023年4月，日本制定了迄今為止首個核聚變國家戰略，闡述了核聚變能源的重要性，強調加速并結合公共部門和民營企業的合作，以實現聚變能源的商業化。該戰略由日本內閣辦公室編制，并指出：“我們將利用技朮優勢，把核聚變能源產業化列為願景，以抓住市場機遇。”
根據該戰略，日本政府將在2024年3月之前，成立聚變產業委員會，重點發展相關產業，并制定保障聚變技朮安全的指導方針。不僅如此，日本還將加快產學研合作，優先培養國內大學的聚變能專業人才，并從海外大學引進相關人才。在此發展背景下，擁有先進的核聚變相關技朮的日本初創公司，也將從中獲益。
Kyoto Fusioneering株式會社，簡稱“Kyoto Fusioneering”是一家私人資助的技朮初創公司，於2019年誕生於日本京都大學。其總部位於日本東京，在日本的京都和東京、英國雷丁和美國西雅圖等地都有工廠。該公司專門為商業聚變反應堆開發最先進的技朮，包括回旋管系統、氚燃料循環技朮以及用於氚生產和發電的“繁殖毯”等。
前不久，該公司在一輪超額認購的C輪融資中，成功地籌集到了7900萬美元。該輪投資由日本政府旗下基金JIC Venture Growth Investments帶領，共吸引了17家投資者，包括三菱公司、關西電力公司、J-Power、三井物產公司、日本國際石油開發帝石控股公司等。新資本的注入讓該公司的總融資額達到9100萬美元。
據悉，Kyoto Fusioneering將利用新獲得的融資和投資者的專業知識，加快其核心產品的研發，包括聚變反應堆的容器內組件和聚變裝置工程。同時，該公司計划加強在美國和英國的業務擴張，希望走在聚變能源的實際應用和產業化領域的前列。此外，還准備擴大招聘規模，將技朮人員的隊伍增加到200至300人。
其中，值得關注的是，該公司在回旋管系統這個先進的等離子體加熱設備的開發方面處於世界領先地位，并因此贏得了英國原子能管理局的訂單。另據悉，Kyoto Fusioneering希望推動核聚變能源這種新一代無碳能源，在本世紀30年代實現早期商業化。
可預見地，核聚變發電的市場將是巨大的。雖然當下還無法馬上實現核聚變能源的商業化，但各國持續地保持在這項新興技朮的全球競爭力非常重要。可控核聚變能源是未來理想能源之一，是目前認識到的最終解決人類能源問題的重要途徑。開發聚變能對各國經濟社會發展、國防工業建設具有重要戰略意義。
此外，超過半個世紀的研究表明，開發可控核聚變能源的科學可行性已得到實驗證實。以ITER為標志，磁約束聚變研究由等離子體實驗與運行為主逐步走向發展聚變堆核工程與技朮。同時，世界主要核大國正積極開展聚變示范堆設計，布局開展示范堆關鍵技朮研發，力爭在本世界中葉實現商用，各國內外私營企業在聚變領域加大投資，開啟了聚變發展的新篇章，搶占聚變能開發制高點。各國將充分發揮自己優勢，解決設計建造聚變堆所面臨的關鍵問題，加速建立聚變能開發產業體系。
