原本曲高和寡的核聚變技術，今日突然獲得了大波關注，主要是因為這家中國核聚變公司曾獲得知名游戲公司米哈游領投的近4億元（6300萬美元）投資，在被大家質疑調侃米哈游“錢掙得太多，找不著地方花”中，這家中國核聚變公司悄然獲得了第一個等離子體，領跑全球。

據(jù)電子工程專輯了解，上海能量奇點官網(wǎng)日前發(fā)布消息表示，其設計研發(fā)建造的“洪荒70（HH70）”裝置基于局域螺旋磁通量注入（電子槍）和離子回旋加速器加熱（ICRF）兩種預電離方法進行了放電實驗，并成功獲得了第一個等離子體。這意味著，全球首臺全高溫超導托卡馬克裝置的工程可行性獲得驗證。

米哈游“燒錢”玩跨界？

可控核聚變也叫“人造太陽”，被認為是人類的終極能源，作為一種潛在的清潔能源，可以徹底改變電力行業(yè)，因此一直備受關注。事實上，中國一直在積極探索核聚變技術，并將其發(fā)展納入年度政府工作報告，中國政府還修訂了《原子能法》，以指導包括核聚變研發(fā)在內的核電監(jiān)管工作，上海于2022年9月率先發(fā)布未來智能、未來能源等五大未來產(chǎn)業(yè)高地行動方案，可控核聚變就屬于未來能源范疇。

2022年2月25日，能量奇點在其官方微信公眾號上宣布獲得近4億元（6300萬美元）投資，其領投企業(yè)之一是米哈游。

但當時的主角能量奇點剛剛于2021年6月成立，距獲得投資不到9個月，雖然能量奇點聲稱自己的團隊成員涵蓋高溫超導、等離子體物理、人工智能等核聚變研究所需的眾多領域，且都來自頂級院校及科研院所，如斯坦福大學、普林斯頓大學、北京大學、清華大學等，但當時并未透露團隊成員的具體信息，且能量奇點當時也沒有官網(wǎng)，所有公告均在微信公眾號平臺發(fā)布，融資成功之后，發(fā)布的第一條推文也是一則招聘啟事，并成功成為其閱讀量最高的一則推文。

此外，由于可控核聚變是一個動輒需要十億、幾十億美元研發(fā)投入的新技術，且即便已經(jīng)投入了幾十、上百億美元，但距離真正的成功，真正的商用依然很遠。為此，有人認為米哈游純粹是錢掙得太多，找不著地方花。

據(jù)了解，在過去兩年中，能量奇點團隊遇到了多重挑戰(zhàn)，包括探索高溫超導磁體的繞制、絕緣、浸漬、組裝等工藝，確保將高溫超導帶材加工成磁體后性能不衰減，也包括制備電阻值在納歐級別的高溫超導磁體接頭，以及自主研發(fā)控制高溫超導托卡馬克裝置運行的中央控制系統(tǒng)等。

好在，受益于上海完整的核電產(chǎn)業(yè)集群和高溫超導材料產(chǎn)業(yè)集群，自2022年3月啟動設計以來，能量奇點在兩年內完成“洪荒70”的設計和建造，實現(xiàn)全球全高溫超導托卡馬克裝置研發(fā)建造的最快紀錄。

這也為米哈游宣稱的“技術宅拯救世界”增添了幾分說服力。

能量奇點CEO楊釗表示，“洪荒70”裝置該由能量奇點研發(fā)建造，中心場強達到0.6特斯拉，等離子體大半徑為0.75米，由26個高溫超導磁體構成，具有自主知識產(chǎn)權，國產(chǎn)化率超過96%，磁體系統(tǒng)全部采用高溫超導材料加工建造。

洪荒70的成功放電不僅在全球范圍內率先完成了高溫超導托卡馬克的工程可行性驗證，而且標志著中國在這一關鍵領域取得了先發(fā)優(yōu)勢。

高溫超導托卡馬克是什么？

托卡馬克的概念最早是由蘇聯(lián)物理學家在 20 世紀 50 年代提出的，從那時起，托卡馬克一直是全世界廣泛研究和開發(fā)的主題。

具體來說，托卡馬克是一種利用磁場將等離子體--一種由離子和電子組成的高溫帶電物質--限制在一個被稱為環(huán)形結構的甜甜圈內，從而利用核聚變能量的裝置。磁束縛對于維持等離子體足夠長的時間和足夠高的溫度以發(fā)生聚變反應至關重要。

在托卡馬克中，多個磁線圈在兩個主要方向上產(chǎn)生強大的磁場：

• 環(huán)形磁場： 這是環(huán)形磁場的長方向，由環(huán)繞在環(huán)形磁場周圍的線圈產(chǎn)生。
• 極環(huán)形磁場： 這是環(huán)形磁場的短路線，由中央螺線管和附加磁場線圈產(chǎn)生。

這些磁場的組合形成了一條扭曲的路徑，將等離子體粒子限制在其中，使它們能夠碰撞和融合，并在此過程中釋放能量。這種磁約束被認為是實現(xiàn)受控熱核聚變的最有前途的方法之一，有可能提供幾乎無限的清潔能源。

目前正在進行的最大的托卡馬克項目是國際熱核實驗反應堆（ITER），該項目涉及 35 個國家的合作，旨在證明核聚變作為大規(guī)模無碳能源的可行性。

此外，全球還有幾家公司幾家著名的公司正在研究高溫超導托卡馬克技術：

• 通用原子公司（GA）：總部位于美國的通用原子公司已與總部位于英國的托卡馬克能源有限公司簽署了一份諒解備忘錄，雙方將合作開發(fā)用于聚變能源和其他應用領域的高溫超導技術。
• 托卡馬克能源有限公司：這家英國公司已制造出一套世界首創(chuàng)的新一代 HTS 磁體，將在核聚變發(fā)電廠中進行組裝和測試。他們還與歐洲核子研究中心（CERN）合作，開發(fā)核聚變發(fā)電模塊所需的大型磁體專有技術。
• 古河電工（Furukawa Electric）和超級電力（SuperPower）：這兩家公司參與為托卡馬克能源公司的磁體提供 HTS 磁帶，其中超級電力是古河電工集團在紐約的子公司。

全球可控核聚變技術進展

根據(jù)國際原子能機構（IAEA）的《2022年世界聚變裝置調查》報告，目前全球有超過130個公共和私人聚變裝置正在運行、建設中或計劃中。這些裝置包括實驗和示范設計，旨在提供聚變研究和開發(fā)活動的全球概覽。

此外，一篇關于聚變技術作為清潔能源供應替代來源的全球發(fā)展和準備情況的綜述文章指出，聚變技術被視為長期的低碳電力來源，有利于減緩氣候變化。聚變技術提供了解決能源安全和能源資源不平等分配的途徑，因為海水是其最終的燃料來源，而且?guī)卓巳剂暇湍墚a(chǎn)生兆瓦級的電力。新材料和技術的開發(fā)和測試不斷進行，通過國家和國際合作以及私人伙伴關系來實現(xiàn)凈聚變能量。

國際熱核實驗反應堆（ITER）一直是聚變能源開發(fā)的國際參考項目，大多數(shù)具有核發(fā)展能力的發(fā)達國家都在與ITER平行地完成自己的聚變能源設施。許多聚變項目正在完成概念設計，并轉入計劃中的DEMO聚變設施的工程設計階段。

但據(jù)了解，ITER2023年曾被指出正在經(jīng)歷重大延誤和預算超支，其成本已攀升至 200 多億歐元，目前的時間表是將第一顆等離子體推至 2025 年，將氘氚運行開始日期推至 2035 年。且有文件顯示，即使是項目負責人也說不清完成熱核實驗堆還需要多少資金和時間，因為它已經(jīng)超出預算數(shù)十億美元，落后于計劃數(shù)十年。

IAEA的另一篇報告則強調了在不同類型的聚變裝置上進行的實驗取得了成功，盡管只是短時間內實現(xiàn)了聚變反應，還沒有產(chǎn)生有用的能量量。這些不同的方法都有著相同的目標——實現(xiàn)作為能源來源的聚變科學上的可行性。

從麻省理工學院分離出來的聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司（Commonwealth Fusion Systems）在受控聚變研究方面也取得了重大進展：

• 高溫超導磁體： 2024年3月4日消息，CFS 與麻省理工學院合作，成功測試了高溫超導磁體，這對于建造緊湊、經(jīng)濟的核聚變發(fā)電廠至關重要。這些磁體的磁場強度達到了創(chuàng)世界紀錄的 20 特斯拉，這也是實用核聚變反應堆所需的磁場強度。
• SPARC 核聚變裝置： 磁體是 SPARC 核聚變裝置的關鍵技術，該裝置旨在產(chǎn)生凈輸出功率，并有可能開創(chuàng)一個幾乎無限的發(fā)電時代。麻省理工學院工程學教授丹尼斯-懷特（Dennis Whyte）在2024年3月5日的報道中稱這些磁體的成功測試是 "過去 30 年核聚變研究中我認為最重要的事情 "。
• 驗證設計和性能： 在取得初步成功后，研究小組進行了詳細的研究，包括拆卸和檢查磁體部件，分析數(shù)百臺儀器的數(shù)據(jù)，以及進行額外的測試運行，將磁體推向極限。這樣做是為了了解任何潛在的故障模式。研究結果發(fā)表在同行評審論文集中，證實磁體的設計元素可作為聚變發(fā)電廠的基礎。

此外，人工智能在核聚變研究中也取得了突破，據(jù)稱，普林斯頓大學的等離子體控制小組在核聚變研究中取得了前沿進展。這項研究由Egemen Kolemen領導，Jaemin Seo、SangKyeun Kim和Azarakhsh Jalalvand等人參與，他們與普林斯頓大學和普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）有關聯(lián)。

以上這些突破性的進展不僅展示了聚變研究的快速發(fā)展，也為未來聚變能源的商業(yè)化和實用化鋪平了道路。

什么時候可以實現(xiàn)核聚變商用？

商業(yè)化聚變能源的可用性是一個復雜的問題，涉及到技術、資金、法規(guī)和市場準備等多個方面，將需要合作伙伴、供應商和技術提供商的網(wǎng)絡形成一個強大的工業(yè)供應鏈。

MIT的等離子體科學與聚變中心和Proto Ventures合作的這項研究提供了一個路線圖，為投資者、企業(yè)家、研究人員和公司等在未來聚變產(chǎn)業(yè)中獲得有價值立足點提供了指導。該報告基于與私人聚變電廠公司的訪談、廣泛的研究，并建立在MIT等離子體科學與聚變中心和Proto Ventures的專業(yè)知識之上，概述了企業(yè)家、公司、投資者和研究人員在未來聚變產(chǎn)業(yè)中抓住關鍵機會的途徑。

白宮的一份事實表顯示，美國政府正在制定一個十年的大膽愿景，以加速聚變——一種使用與太陽和恒星相同的反應的清潔能源技術。一旦開發(fā)成功，聚變將使用鋰和氫作為燃料，不產(chǎn)生長壽命放射性廢物。聚變還將為氫氣生產(chǎn)、工業(yè)熱、碳捕獲和海水淡化提供熱能和電力的綜合來源。

盡管具體的時間表可能因項目和技術的不同而有所不同，但許多研究機構和私人公司都在努力在未來十年內建造第一個聚變電廠。

能量奇點CEO楊釗表示，目前全球雖已建造了100多臺托卡馬克裝置，但“洪荒70”用高溫超導材料建造托卡馬克裝置來控制和約束等離子體，此前無先例可循。據(jù)悉，公司選擇這一全新技術路線，旨在大幅降低裝置尺寸，加速實現(xiàn)聚變能源的商業(yè)化，該技術路線是全球范圍內吸引市場化資金最多的聚變能源研發(fā)方向。

“洪荒70”之后，下一代強磁場高溫超導托卡馬克裝置“洪荒170”目前已在物理設計階段，明年將開始工程設計。該裝置以實現(xiàn)氘氚等效能量增益大于10為目標，預計2027年建成。據(jù)記者了解，美國CFS公司于2022年開建一臺名為SPARC的高溫超導托卡馬克裝置，計劃明年建成，能量增益目標同樣大于10?！昂榛?70”與SPARC相比雖有約2年的時間差距，但前者的尺寸和成本在全球范圍內極具優(yōu)勢。

另悉，能量奇點計劃2030年后建成可用于示范性聚變發(fā)電站的托卡馬克裝置，為商業(yè)化鋪路。