近年来马斯克曾公开表示,太阳是巨大的免费聚变反应堆,在地球上造"微型版"很愚蠢。
可与此同时,中国却一年砸114亿去做核聚变研究,这背后到底藏着什么样的布局?
核聚变,被誉为清洁能源的圣杯。原子相互撞击,每公斤燃料产生的能量是传统核裂变的四倍,是燃煤的四百万倍。
没有温室气体排放,也没有长期放射性废料。如果一切按计划进行,这将至少是一个万亿美元的市场。
问题在于,目前宇宙中唯一在运作的核聚变电站就是恒星。如今,这是一场全球性的竞赛,试图改变这一现状。
迄今为止最接近突破的一刻,出现在2022年12月加州的国家点火装置(NIF),短暂但关键地实现了核聚变净能量输出。尽管美国拥有数十年的领先地位,中国正在迎头赶上,建设速度更快,投入是美国的两倍。
新的卫星图像显示,中国正在快速建设一个巨大的新激光聚变基地,规模是加州实验室的两倍。另一个大型国家资助项目将于2025年开放,还有一个计划于2027年建成。
而与此同时,美国仅升级了现有设备,其中一些已有30多年的历史。按此速度,有人认为中国可能在三到四年内超越美国。
核聚变首次大规模应用是1952年美国的氢弹试验。但在此后70年间,科学家们一直难以驾驭比加热和维持核聚变燃料所用能量更多的能量。
核聚变是恒星(包括太阳)产生能量的方式。燃料是氢,一种轻质丰富的元素,相比之下,核裂变使用的是重且稀缺的铀。
当氢原子达到极高温度(高达2.7亿度,是太阳温度的10倍)时,压力使它们聚变在一起,形成一种称为等离子体的超高温气体。聚变时,它们会形成氦,在此过程中损失部分质量,可以转化为巨大的能量。
但等离子体很难控制。它对磁场有反应,从而可以实现磁约束核聚变,将等离子体悬浮并控制在甜甜圈形状的托卡马克装置内。
在惯性约束核聚变中,高能激光对准胡椒粒大小的燃料丸,快速压缩并使其内爆。这就是加州的国家点火装置在2022年实现历史性首次核聚变点火、产生净正能量的方式。
美国能源部估计北京每年在核聚变方面投入约15亿美元,而过去几年美国联邦对核聚变的拨款平均约为每年8亿美元。2023年,能源部表示中国的核聚变投资超过了所有其他国家的总和。
反应堆越大,就能越高效地加热和约束等离子体,实现净正能量的机会更高,而中国最新的核聚变项目规模巨大。卫星图像显示,2024年四个激光装置大厅迅速建成,指向一个将发生核聚变反应的安全壳穹顶。
仅那个穹顶就大约有一个足球场那么大,大约是美国NIF激光聚变项目的两倍。中国的现有国家托卡马克项目EAST也一直在创下记录,实现了在反应堆内约束等离子体的最长时间——1006秒,等离子体温度持续保持在1亿摄氏度以上。
CRAFT,一个耗资7亿美元、占地100英亩的核聚变园区,位于中国东部,预计2025年建成。一个名为BEST的新型国家资助托卡马克预计将于2027年完工。
建造核聚变项目并快速建成还需要大量材料。中国在先进材料开发方面的投资速度是美国的10倍。
这些材料包括核聚变机器的第一壁内层、用于约束核聚变燃料和核聚变等离子体的大功率磁体。中国还在为电容器和功率半导体等必需品保障市场。
总部位于上海的能量奇点(Energy Singularity)向CNBC表示,中国高效的供应链是一大优势。2024年6月,该公司投产了世界上第一台高温超导托卡马克HH70,仅在开始设计其托卡马克装置两年后就成功创造了等离子体。
其实马斯克看不上核聚变,中国却全力押注,背后的底层逻辑很清晰:中国算的是国运账,而西方多数玩家算的是商业账,两者的格局从一开始就不一样。
中国太清楚能源被卡脖子的滋味,石油对外依赖度超70%,就算是核裂变,中国也是贫铀国,核心资源照样受制于人。但核聚变不一样,它的燃料氘和氚全在海水里,近乎取之不竭,一升海水的聚变能量就相当于300升汽油。
一旦技术突破,就能实现100%的能源内循环,彻底摆脱对外依赖。更关键的是,未来是超级AI的时代,算力中心要24小时不间断运转,风电、光伏虽然清洁,但受天气影响有间歇性,根本撑不起这种海量且稳定的能源需求。
而核聚变,就是为未来超级AI集群量身定做的超级充电宝。反观西方,以马斯克为代表的科技大佬看不上核聚变,核心原因就是资本逐利的本性缺乏战略耐心。
比尔盖茨、贝索斯这些资本巨头加持的西方核聚变企业,虽然灵活有余,但总想着快速看到回报,可核聚变偏偏需要几十年如一日地坐冷板凳,不计成本地投入。
中国能在核聚变领域快速崛起,靠的是独有的发展优势——举国体制下的协同发力,再加上不挑技术路线的饱和式研发。在西南的绵阳,一座大型激光点火核聚变设施短短一年半就拔地而起。
在东部的合肥,中科院建成了世界上第一个全超导磁体托卡马克核聚变实验装置,也就是所说的人造太阳。不管是磁约束还是激光惯性约束,只要有希望通向成功,就全部布局、全力投入,这就是饱和式研发的底气。
核聚变的本质,是把能源从资源属性变成了制造属性,这将彻底改写人类文明的发展轨迹。原料全在海水里,只要工业制造能力够强,就能稳定获取能源,这简直是为全球第一工业大国量身定制的赛道。
华盛顿有一家研究机构曾说,无论谁赢得这场核聚变竞赛,都将为本世纪余下的时间奠定基础。这句话的意思很明确,第一个实现商业化核聚变的国家,不再是简单的能源输出国,而是全球工业体系和能源规则的重新制定者。
核聚变将是必需的。每个人都在尽可能快地推进,从讨论转向实际行动并进行建设。