要点:
随着全球气候变化危机和环境退化的加剧，2023年全球政府、行业和消费者都在积极寻求能够替代化石燃料、清洁并可持续的能源供应。核聚变能源利用核聚变的力量来发电，通过将不同类型的氢原子结合形成氦来产生热量，这与太阳提供能量的过程相同。又因为聚变反应所需的燃料能够从海水中提取，所以其实际上拥有可持续产生几乎无限的无碳能源潜力，有望彻底改变全球能源格局。
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早前，狂呼观点曾发布一文”微软正在押注最好的可再生能源，未来廉价可靠的聚变能源？”指出由于多种原因，微软此时投资核聚变能源，一点也不令人意外。相关领域的科学家普遍认为，目前距离真正实现核聚变商业化还有几十年的时间。他们预计将在2050年左右实现核聚变发电，而核聚变在本世纪后半叶才可能成为一种可行的气候解决方案。不过，世界对清洁能源日益增长的需求，以及核聚变能源本身具备的优势，加速了人们对核聚变技术的重大投资和研究。
什么是核聚变？
核聚变是两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。核聚变反应发生在一种被称为等离子体的物质状态中，一种由正离子和自由移动的电子组成的高温带电气体，具有不同于固体、液体或气体的独特性质。
太阳和其他所有的恒星都是由这种反应所驱动。为了在太阳中实现聚变，原子核需要在大约1000万摄氏度的极高温度下相互碰撞。高温为它们提供了足够的能量，以克服相互之间的电排斥力。一旦原子核进入彼此非常接近的范围，它们之间的核吸引力将超过电排斥力，从而使它们能够实现聚变。要做到这一点，众多原子核必须被约束在一个小空间内，以增加碰撞的机会。在太阳中，其巨大的引力所产生的极端压力为核聚变创造了条件。
为什么要研究核聚变能源？
自从20世纪30年代我们理解核聚变理论以来，科学家以及越来越多的工程师，一直在寻求重新创造和利用核聚变的机会。如果核聚变能够以工业规模在地球上复制，它可以提供几乎无限的清洁、安全和负担得起的能源以满足世界的需求。
核聚变每公斤燃料可以产生比核裂变（用于核电厂）多四倍的能量，比燃烧石油或煤炭多近四百万倍的能量。大多数正在开发的聚变反应堆概念将使用氘和氚的混合物，含有额外中子的氢原子。理论上，只要有几克这些反应物，就可以产生一万亿焦耳的能量，这大约是在一个发达国家，一个人60年所需的总能量。
聚变燃料很丰富，也很容易获得：氘可以从海水中廉价提取，而氚则可以利用聚变产生的中子与丰富的天然锂反应产生。这些燃料供应可持续数百万年之久。未来的聚变反应堆在本质上也是安全的，不会产生高放射性、长衰变期的核废物。此外，由于核聚变过程难以启动和维持，因此不存在失控反应和熔毁的风险；核聚变只能在严格的操作条件下发生，超出这个条件（例如在事故或系统故障的情况下），等离子体将自然终止，很快失去其能量，并在对反应堆造成任何持续损害之前熄灭。重要的是，核聚变，就像裂变一样，不会向大气层排放二氧化碳或其他温室气体，因此，从本世纪下半叶起，它可能成为低碳电力的长期来源。
比太阳还热的能量？
太阳具有巨大引力，自然会诱发核聚变，但如果没有这种引力，就需要比太阳更高的温度才能发生反应。在地球上，我们需要超过1亿摄氏度的温度和强大的压力，以使氘和氚发生聚变，同时还需要充分的约束，使等离子体和核聚变反应维持足够长的时间，使产生的能量大于启动反应所需的能量。
虽然目前在实验中通常已实现非常接近核聚变反应堆所需的条件，但仍需要改进约束性能和等离子体的稳定性，以维持反应并持续产生能量。来自世界各地的科学家和工程师继续开发和测试新材料，设计新技术，以获得净核聚变能。
全球各国的核聚变
数据显示，2022 年聚变能源市场的价值为2805亿美元，预计2023年至2029年的年复合增长率将达到7.4%，最终达到4623亿美元。如今，世界各国正在核聚变发电的道路上一往无前，竞争也日益激烈。美国能源部于2022年12月报告了核聚变的重大科学突破。聚变反应释放的能量首次超过了用于点燃聚变反应的能量。虽然这一成就确实是历史性，但停下来思考聚变能源的未来发展方向尤为重要。
潜在聚变能源发电厂的效率仍有待观察。美国能源部报导的聚变净增益实际上需要大约300兆焦耳的能量输入。这没有包括在能量增益计算中，为192台激光器提供动力所需的能量输入来自电网。换句话说，该实验使用的能源相当于典型加拿大家庭两天的能源使用量。在此过程中，核聚变反应输出的能量足以点亮14个白炽灯泡一小时。
如今2023年6月中国科技部部长王志刚带队赴合肥调研核聚变相关工作，并就核聚变未来发展路径研究召开专题座谈会。王志刚在调研过程中提出，要聚焦核聚变工程、技术和方法研究，加速核聚变能源化利用进程。
王志刚一行首先赴中科院合肥物质研究院现场考察了全超导托卡马克核聚变实验装置/EAST和聚变堆主机关键系统综合设施/CRAFT园区，了解磁约束核聚变研究进展和重大成果。随后，在调研现场召开了核聚变未来发展路径研究座谈会，深入了解核聚变研究最新进展，认真听取与会专家对于核聚变未来发展路径的意见建议，并开展交流研讨。
王志刚指出，核聚变能是人类未来终极能源，积极推进核聚变相关工作意义重大。当前中国，国内正在探索的磁约束托卡马克氘氚聚变、Z箍缩聚变裂变混合堆、磁约束球型环氢硼聚变等几种技术路线，在研究基础、建设进展、研究难点、预期节点等方面存在差异，处于研究开发的不同阶段，各具优势。王志刚强调，下一步要对照中央科技委员会办公室职责任务，统筹研究核聚变领域相关工作；要聚焦核聚变工程、技术和方法研究，加速核聚变能源化利用进程；同时，加强原创性引领性科技攻关，强化制度保障和政策引导，加强配套技术研究，谋求未来竞争优势，推动中国核聚变领域科技创新工作高质量发展。
早前在2022年7月，美国核聚变工业协会发布了一份报告。该报告显示：“目前全球有30多家核聚变产业相关的公司，融资总额超48亿美元。”比如，诞生于美国麻省理工学院的Commonwealth Fusion Systems公司，总共获得了超过20亿美元的融资。
另一家法国核聚变公司2020年刚刚成立，名为Renaissance Fusion，近日完成1500万欧元种子轮融资。他们致力于在地球上建造一个基于仿星器结构的核聚变反应堆，以实现能源消耗和碳排放脱钩为目标。值得关注的是，该公司认为其对于液态金属的使用颇具创新性。在商业磁聚变领域，他们是唯一一家将液态锂与等离子体结合的公司。现在，在液态锂基壁的制造上，Renaissance Fusion已经实现了1 厘米的厚度，后续还会通过大量的迭代，达到最终所需要的30至40厘米的厚度。
在核聚变研究领域，日本也一直在发力。据了解，日本目前有两个主要的聚变研究设施，分别是日本量子科学技术研究开发机构的核聚变实验装置“JT-60SA”和日本国立聚变科学研究所的大型螺旋装置。日本自20世纪50年代起就开始研究核聚变；20世纪90年代以后，核聚变发电成为了日本重要的发展方向之一，不仅积累了领先世界的技术水平，还参与了国际热核聚变试验堆/International Thermonuclear Experimental Reactor，简称ITER的建造计划。
与此同时，尖端研究也在向民营企业转移，投资者正在资助一些商业项目，希望其所建造的商业聚变反应堆能够比ITER运行得更快。 2023年4月，日本制定了迄今为止首个核聚变国家战略，阐述了核聚变能源的重要性，强调加速并结合公共部门和民营企业的合作，以实现聚变能源的商业化。该战略由日本内阁办公室编制，并指出：“我们将利用技术优势，把核聚变能源产业化列为愿景，以抓住市场机遇。”
根据该战略，日本政府将在2024年3月之前，成立聚变产业委员会，重点发展相关产业，并制定保障聚变技术安全的指导方针。不仅如此，日本还将加快产学研合作，优先培养国内大学的聚变能专业人才，并从海外大学引进相关人才。在此发展背景下，拥有先进的核聚变相关技术的日本初创公司，也将从中获益。
Kyoto Fusioneering株式会社，简称“Kyoto Fusioneering”是一家私人资助的技术初创公司，于2019年诞生于日本京都大学。其总部位于日本东京，在日本的京都和东京、英国雷丁和美国西雅图等地都有工厂。该公司专门为商业聚变反应堆开发最先进的技术，包括回旋管系统、氚燃料循环技术以及用于氚生产和发电的“繁殖毯”等。
前不久，该公司在一轮超额认购的C轮融资中，成功地筹集到了7900万美元。该轮投资由日本政府旗下基金JIC Venture Growth Investments带领，共吸引了17家投资者，包括三菱公司、关西电力公司、J-Power、三井物产公司、日本国际石油开发帝石控股公司等。新资本的注入让该公司的总融资额达到9100万美元。
据悉，Kyoto Fusioneering将利用新获得的融资和投资者的专业知识，加快其核心产品的研发，包括聚变反应堆的容器内组件和聚变装置工程。同时，该公司计划加强在美国和英国的业务扩张，希望走在聚变能源的实际应用和产业化领域的前列。此外，还准备扩大招聘规模，将技术人员的队伍增加到200至300人。
其中，值得关注的是，该公司在回旋管系统这个先进的等离子体加热设备的开发方面处于世界领先地位，并因此赢得了英国原子能管理局的订单。另据悉，Kyoto Fusioneering希望推动核聚变能源这种新一代无碳能源，在本世纪30年代实现早期商业化。
可预见地，核聚变发电的市场将是巨大的。虽然当下还无法马上实现核聚变能源的商业化，但各国持续地保持在这项新兴技术的全球竞争力非常重要。可控核聚变能源是未来理想能源之一，是目前认识到的最终解决人类能源问题的重要途径。开发聚变能对各国经济社会发展、国防工业建设具有重要战略意义。
此外，超过半个世纪的研究表明，开发可控核聚变能源的科学可行性已得到实验证实。以ITER为标志，磁约束聚变研究由等离子体实验与运行为主逐步走向发展聚变堆核工程与技术。同时，世界主要核大国正积极开展聚变示范堆设计，布局开展示范堆关键技术研发，力争在本世界中叶实现商用，各国内外私营企业在聚变领域加大投资，开启了聚变发展的新篇章，抢占聚变能开发制高点。各国将充分发挥自己优势，解决设计建造聚变堆所面临的关键问题，加速建立聚变能开发产业体系。
