7月8日，在未來科學大獎十週年慶典·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：“可控核聚變的實現將會是未來二十年最具顛覆性的科學變革，這會永久改變人類能源問題，足以支撐未來任何一次工業革命。”
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個國家和地區近50家頂尖科研機構的專家學者。今年第三屆的參會人數突然猛增到去年的三四倍，正如核聚變技術在今年多次發生的非線性突破，出乎意料卻又在規劃之中。
7月14日，第三屆氫硼聚變研討會在中國河北舉行
在美國，谷歌宣佈向核聚變初創公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）追加註資，並與該公司簽署了一項購買電力的協議。這已是谷歌四年內第三次投資核電領域。而另一家美國可控核聚變公司Helion，在它的投資人列表裡，不僅有微軟，還有風頭正勁的OpenAI創始人山姆·奧爾特曼，以及馬斯克。
是什麼引爆了全球對核聚變的熱度？核聚變又是什麼？這可能是所有人看到這裡最想問的問題。
氫硼聚變三大優勢明顯
能源，一直是各個國家的宿命。中東天然就有石油，卡達的優勢是天然氣，鈾主要分佈在澳大利亞、哈薩克、加拿大。美國是世界第一大礦產資源強國，鐵礦石、鉛、鋅、銀、鋁等產量均居世界前列。能源，是影響地緣政治的關鍵因素。
能源，也一直是人類發展的威脅。一是能源總有枯竭的一天，比如常規煤炭的可採年限約為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，則有望改變如今的能源格局與現狀。這項技術可為全球提供廉價、無限的清潔能源——電。新奧能源研究院院長劉敏勝認為：“一旦核聚變實現商業放電，一度電只需要幾分錢，全球不會再有所謂的資源優勢國家。資源的爭奪，將變成技術的競爭。”
新奧能源研究院院長劉敏勝在第三屆氫硼聚變研討會上發表學術演講
核聚變不僅能緩解地緣衝突，解決全球能源發展不平衡的問題，更能重塑電力行業。它的技術原理是，輕原子核結合成較重原子核並放出巨大能量的過程，類似於太陽。透過太陽中央極高的壓力與溫度（約1500萬攝氏度）使氫原子核發生聚變，4個氫核（質子）最終融合成1個氦核，損失的質量按照愛因斯坦公式E=mc2轉化為能量，以光和熱的形式釋放出來。所以，核聚變又稱之為“人造太陽”。
與聚變並列的是核裂變，指一個重原子核（鈾-235、鈽-239等放射性同位素）吸收一箇中子後，不穩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”。兩者同樣都能產生巨大的能量，這些能量再轉化成電力能源。裂變材料還可用於製造核武器，但核裂變會產生大量長半衰期高放射性的核廢料，如果發生事故造成的放射性物質洩漏可以擴散到距離反應堆幾百甚至上萬公里的區域，另外還存在核擴散風險。
相較而言，核聚變更為安全，但技術門檻更高。核聚變科技，根據採用的聚變燃料的不同，又分為氘氚聚變、氫硼聚變等，它們在聚變時都需要極高溫度和高壓等嚴苛條件，實驗裝置複雜昂貴。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。
氫硼聚變雖然實現的技術難度較高，但它也具有三大優勢：
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。
二是產物無放射性中子。氫硼聚變的反應過程不產生中子，因此安全無輻射。而傳統的氘氚聚變會釋放大量中子，對反應堆部件抗中子輻照效能及人員安全防護都有極高的要求。
三是聚變產物是α粒子，可高效直接發電，且輸出的為兆伏的特高壓電。
這三大優勢讓氫硼聚變被業界視為更具商業化前景的“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、創新的新能源的研究探索，生物質能源、煤制天然氣、光伏，以及儲能技術。從可廣泛商業化的考慮看，這些技術都不能解決終極能源的需求。於是2017年新奧將目光投向了緊湊型聚變。在經過五年的深入縝密的全球調研和探索論證之後，新奧選定了球形環氫硼聚變技術路線。
從20世紀50年代起，全球開啟核聚變研究，至今仍未達成商業化發電。業內曾戲稱，核聚變距離商業實現永遠有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機構組織看到了新的時間視窗，有可能20年後即可進入商用化階段。
技術非線性突破，商業化前景逐漸清晰
無論是哪種聚變技術路線，想要聚變反應真正能夠發生，也就是達到點火要求，有兩個關鍵引數一定要看：聚變三乘積與聚變增益因子Q。
聚變三乘積是衡量核聚變反應效率和效能的關鍵指標。實現核聚變反應，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三乘積。根據勞遜判據，只有聚變三乘積大於一定值（5×1021m⁻³·s·keV，這是氘氚點火的三乘積要求,氫硼更高），才能產生有效的聚變功率輸出。
勞遜判據（Lawson Criterion）是判斷受控核聚變能否實現能量淨輸出的閾值條件，其核心思想是：單位時間內聚變反應釋放的能量必須大於系統損失的能量。這一判據透過量化溫度、等離子體密度和能量約束時間三者的乘積來評估反應效率。
聚變增益因子Q是直接衡量聚變反應堆品質的參量。其定義為聚變反應產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。但由於能量輸入和輸出過程會有能量損耗，為了保證反應時長，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自我維持，達到真正的點火條件。如果再考慮到反應堆的建設和運營等成本，則Q值至少等於10達到經濟平衡，Q值大於30的時候核聚變發電站有望實現商業化。
為了達到聚變反應所要求的聚變三乘積與聚變增益因子Q，就需要設計一個非常精妙的聚變反應裝置。
中國國際核聚變能源計劃執行中心副主任顏曉虹4月在中國核能行業協會高峰論壇上介紹，實現核聚變的關鍵是約束，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。根據約束方式的不同，聚變反應裝置也會有所不同：
重力約束主要是太陽、恆星；慣性約束，就是用高能雷射或粒子束，在極短的時間內壓縮微小燃料靶丸，使其因自身慣效能量不易流失，從而發生聚變，因此要有靶丸和產生雷射或粒子束的裝置，代表裝置是NIF（美國國家點火裝置）、神光II（中國）；磁約束，透過複雜的磁場將高溫等離子體約束在空間內，防止其與壁面接觸、流失熱量，從而維持聚變所需環境，代表裝置是EAST（中國）、ITER（國際）的大型託卡馬克，以及中國新奧的玄龍-50U球形環（緊湊型）託卡馬克，Wendelstein 7-X（德國）的仿星器，等等。
左為傳統托克馬克，右為球形環，圖片源自普林斯頓等離子體物理實驗室
裝置設計，是核聚變實現技術突破的關鍵所在，每一次重大的技術躍遷只能透過更換裝置來實現。但每一次新裝置的完成，要達到設計之初的技術引數，也需要一段時間。今年恰恰就是過去幾年建設的核聚變裝置，頻繁實現技術爬高的一年。
1月20日，中科院等離子所的東方超環（EAST）裝置，首次完成一億攝氏度1000秒的“高質量燃燒”。中國科學院合肥物質科學研究院副院長、等離子體物理研究所所長宋雲濤表示，聚變反應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執行所需的環境。
3月28日，中核集團西南物理研究院的中國環流3號首次實現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，綜合引數大幅提升。
4月16日，新奧玄龍-50U裝置實現等離子體電流達到一百萬安培（兆安），溫度達到4000萬度，這是全球首次實現兆安級氫硼等離子體放電。5月，該裝置再獲關鍵工程技術突破：環向場（TF）線圈成功實現150kA電流、平頂1.6s的穩定通流，對應裝置大半徑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執行引數。這標誌著“玄龍-50U”裝置的所有工程設計指標全部實現，成為全球首個實現秒級1.2T以上磁場條件的球形環裝置，為氫硼聚變所需的高溫高密度條件築牢了硬體根基。
新奧玄龍-50U於2023年底建成，今年便實現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年繼續推進核聚變點火實驗，實現了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使命，很多機構和企業陸續開啟下一代裝置的設計和組建。
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裝置基礎上，進行聚變能發電演示。
7月，新奧宣佈已啟動和龍-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。同時新奧還正在設計和龍-3裝置，等離子體溫度會繼續提升達到10億攝氏度。
國際上，國際熱核聚變實驗堆（ITER）完成了目前世界最大、最強的脈衝超導電磁體系統全部元件建造，標誌著ITER工程關鍵部件建設進入實質性完工階段。上文提到的谷歌投資的CFS，也已正式啟動SPARC託卡馬克聚變裝置的組裝工作，目標是在2027年前實現聚變淨能量輸出（即Q值大於1）。Helion的Polaris裝置目前正在測試，目標是在近期實現“真正用聚變產出電力”的世界首次演示。
對於中國與各國裝置在今年取得的技術突破，劉敏勝將其稱之為“非線性技術突破”，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。這種翻番式技術引數突破，未來還會越來越頻繁的發生，跨度可能還會更大。
另外，這裡也需要說明兩點：第一，目前核聚變裝置僅是三乘積或Q值的某幾個引數的提升，並沒有氘氚聚變或氫硼聚變反應，也就是沒有真正意義上的點火，NIF所謂的“點火”只是小規模實驗室反應；第二，核聚變裝置具有通用性，技術引數的突破，能夠同時推動氘氚聚變和氫硼聚變的研發程序。
核工業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、規模試驗、燃燒實驗、實驗堆、示範堆、商用堆六個階段。目前正處於規模實驗階段，即將步入燃燒實驗。雖然還沒有真正意義上的核聚變反應，但已處於點火前夜，技術正逐漸逼近商業化的黎明。各機構和企業也紛紛給出了非常清晰的商業化路線圖。
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，就是根據商業化總目標的一個倒排，根據新奧路線圖，未來十年要突破共性關鍵技術，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表學術演講
中科院等離子所、中核集團西南物理研究院，也大體在2035年前後形成商業示範堆。ITER則表示需要在2040年以後。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年投入執行；Helion則與微軟簽訂了2028年供電協議。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，而發電每天可能需要上百萬個靶丸，經濟上完全不划算。”相反，他十分看好新奧的氫硼聚變：“他們有明確的技術路線圖，只要按里程碑逐步推進，未來值得期待。總之，商業化聚變能源必須小巧緊湊，不能像現在的大型雷射設施那麼龐大。”
西安交通大學外籍教授霍迪發表學術演講
好的預期是，核聚變研究正在打破“50年悖論”的桎梏，將商業化預期變成了20年之約。
穩坐第一梯隊
歷史上，新能源的出現總會打破現有結構，產生贏家和輸家，並波及多個行業和國家的不可預見的後果。正如上文所言，核聚變必將改變能源格局。誰也不想輸掉這場比賽。
在第三屆氫硼聚變研討會上，ITER法國總部官員、對外發言人拉班·科布倫茨接受採訪時笑言：“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費，這樣的話我們就可以領先了。”但是作為一個在歐洲工作的美國人，拉班並不認同這種論調：“我認為聚變一定是在國際合作雙贏的前提下才能往前發展，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度：聚變研究不是要競爭，而是要合作。”
ITER法國總部官員、對外發言人拉班·科布倫茨發表學術演講
而霍迪則肯定地說：“目前中國在聚變領域處於第一梯隊。中國在某些領域甚至在領跑。”他認為，NIF雖然領先但優勢不大，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、綿陽的雷射研究機構都在快速發展。
中國在核聚變領域的技術突破，令全球矚目。20世紀50年代，中國幾乎與國外同步開啟核聚變的研發與探索。時至今日，中國核聚變產業已形成了非常清晰的競爭優勢：第一，研發梯隊陣營；第二，產業鏈完整；第三，極大的開放合作力度。
目前，從技術綜合實力以及技術實驗成果來看，中國在核聚變領域的研發第一梯隊，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。
2023年以來，國務院國資委啟動未來產業啟航行動，明確可控核聚變領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新聯合體正式宣佈成立。截至2024年12月，可控核聚變創新聯合體成員單位已發展至33家，涉及上游材料供應、製造研發和下游應用等環節，包括能源企業、裝備製造企業、鋼鐵材料企業、科研機構和高校等。新奧從一開始，就是這個創新聯合體的一員。
西安交通大學物理學院副院長趙永濤表示：“我們國家的一個特點就是，能快速組織起來，我覺得現在也是一個契機。舉全國之力，調集各個學科、各個方向的科學家、工程師一起去實施這樣的計劃。”
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上
哈爾濱工業大學教授王曉剛則表示，中國聚變研發的進展，一個是靠科研人員的努力，國家的支援，另一個是靠中國自身產業鏈的支援，中國現在具備世界上最完整的聚變產業鏈。
新奧劉敏勝說，第一代裝置玄龍-50的國產化率已經達到90%以上，第二代裝置玄龍-50U基本實現了全國產。
憑藉技術及供應鏈領先優勢，中國最近贏得了ITER未來十年核心組裝與製造的多個重要合同，包括：真空室模組坑內組裝合同、核二級換熱器研製合同、磁體饋線關鍵部件製造與交付、真空室模組的預組裝與焊接準備。中國是唯一承擔ITER核心安裝任務的國際承包方。
中國供應鏈的完整性是一方面，而更重要的是穩定性。
另外，中國核聚變行業也不太會受資本約束。據聚變產業跟蹤機構Fusin Energy Base在2024年10月釋出的資料，截至2024年10月25日，美國聚變公司吸引了超過56億美元的股權融資，中國聚變公司吸引了將近25億美元的股權投資。但中國與美國不同的是，大多數投資來自於國家隊，以及私營企業自有的資金。
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。投資人對於兩家都有明確的供電時間表。隨著時間的推移，兩家都將面臨商業化的巨大壓力。
劉敏勝認為，在資本的裹挾下，企業研究很容易為了吸引投資，而強化某一個引數，導致技術路線變形。他並不是排斥外部資本，而是希望按照自己的研發節奏走向商業化。據他介紹，截至目前，在核聚變研究上，新奧完全依靠自籌資金，已經投入了40多億元人民幣，要完成下一代和龍-2號裝置還要繼續投入更多投資。但他絲毫不擔心資金問題，因為技術突破取得的成果，便是未來持續投入的信心來源。
目前，新奧聚變研發團隊已經聚集了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託卡馬克發明人彭元凱博士；在聚變實驗與診斷控制方面，有實踐經驗豐富的宋顯明博士（有德、日、法、美等多國科研機構研學背景），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等聚變裝置研發了多套國際先進水平的光譜診斷系統。
如今，在技術頻繁突破、商業前景逐漸清晰的階段，核聚變行業勢必迎來更多的資本關注。根據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。若核聚變完全商業化，根據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、地方國資對於核聚變行業同樣在加速升溫。2024年，中國石油崑崙資本出資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，上海未來產業基金戰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專案，也是上海國投公司在未來能源領域的重大戰略佈局。
獨特的資本結構，讓中國核聚變行業保持了其他行業從未有過的開放合作力度。新奧“玄龍-50U”實現四千萬度、百萬安培執行，其中的中性束就是西物院和新奧合作設計的。國內團結一致，也願意參與到全球各核聚變裝置專案的建設中，並邀請各國的技術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19個機構提交27份提案，最終18個開創性專案獲得資助，以生態合力加速聚變技術突破。
堅實的梯隊、穩定完整的供應鏈、開放合作，在面對全人類共同面對的高溫預警、能源短缺命運前面，必然會塑造一個全球競速也全球合作的核聚變行業。
提升準確率縮短研發週期
人工智慧正在加速核聚變技術的突破速度。特別是，生成式AI大模型目前在各學科領域的推理能力，為處理核聚變研發過程中呈現的複雜性，提供了新的思路和方法，如虎添翼。
“人工智慧也許是人類社會最後一次技術革命，當然可能還有能源的核聚變。”這是6月10日，華為執行長任正非在接受媒體訪談時，所表示的。核聚變產業，已經與人工智慧比肩而立，成為熱度極高的前沿技術。
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慧技術學術會議”上，哈爾濱工業大學物理學院教授王曉鋼指出，聚變領域是人工智慧應用的理想場景之一，聚變研究積累了大量資料，為人工智慧的應用提供了堅實的基礎。
近一年來，人工智慧在核聚變研究中的進展，就如同其自身的發展，堪稱神速。2024年，美國普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）開發出一種AI模型，能夠提前300毫秒預測等離子體的不穩定性；美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）成功構建了一個用於發現核聚變設施新型合金的人工智慧模型；今年，日本量子科學技術研究開發機構（QST）與日本電信電話株式會社（NTT）共同開發出全球首個利用AI預測等離子體約束磁場的技術。
石躍江博士稱，新奧去年就組建了人工智慧研發團隊，專門開發核聚變領域的垂直大模型，解決資料分析、智慧預測、即時控制、數字孿生等諸多複雜問題。他們並非僅僅將AI視為一個輔助工具，而是將其內化為解決聚變核心問題的關鍵邏輯。
長期以來，如何精確控制聚變反應中複雜多變的等離子體，一直是困擾科學家的核心難題。傳統方法在應對多維度、多變數的耦合控制時往往顯得捉襟見肘，但在AI面前，這一挑戰似乎找到了突破的曙光。新奧團隊依託自主開發的智慧控制演算法，實現了對等離子體電流和位移等關鍵引數的精準調控，使得裝置執行的穩定性得到了顯著提升。
從聚變裝置的平衡設計到最佳加熱方案的制定，這些任務往往需要跨越多個學科的專業知識和高度的系統整合，過去需要頂尖人才多年的經驗積累和團隊之間的高效協作。而新奧希望藉助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呼叫能力，構建一個能夠自主學習、自主決策的“聚變專家”，這無疑預示著未來聚變研究正規化的深刻變革。
除了核心科學問題的攻克，新奧還將AI的觸角延伸至現有聚變技術的各個子領域，去年新奧聚變在中性束調優和破裂預測方面取得的進展，以及今年在提升診斷資料處理效率上所做的持續努力，都清晰地展現了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，利用人工智慧技術實現了對等離子位形的控制，並開發了裝置的數字孿生系統，大大提高了多物理場耦合模擬的速度。
在生成式AI的快速迭代中，AI驅動的自動化實驗室或將成為常態，不斷壓縮核聚變技術突破的時間視窗。而與其他行業不同，AI變革下的核聚變產業，也將反過來解決AI急需的電力缺口問題。
全球科研機構與企業的合力攻堅，核聚變已從不斷重新整理的“裝置紀錄”走向愈發清晰的“商業藍圖”。特別是中國，憑藉“國家隊”引領、民企創新與完整產業鏈協同，正加速推動“人造太陽”從科學幻想走向電網現實。
氘氚路線在溫度、長脈衝和三乘積上穩步攀升，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”從紙面轉化為突破性的科研實驗成果，明晰的三步走的商業化路線和日益完善的產業供應鏈，則為未來低成本、高安全的聚變商業發電目標架起骨架。
這場由中國企業深度參與並引領的變革，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，挑戰愈顯：上億攝氏度等離子體的穩定約束、耐高溫超導材料的批次製備、氚自持或氫硼點火所需的極端條件，仍需跨學科、跨國的持續攻關；全球聚變人才缺口巨大，既要聚變物理泰斗，也需跨學科工程師、AI專家與產業化經理人，以及如何快速培養並留住“既懂等離子體又懂AI”的複合型工程師，都將決定未來20年的衝刺速度。
技術突破已點燃火種，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實的曙光。
文章來源：陳慶春公眾號