2022 年夏天，數億元風險資金投向兩家中國的核融合創業公司，我們在科技專欄發文介紹了可控核融合的技術進展、投融資情況。兩年後，一座核融合實驗裝置在上海臨港建成，完成初步技術驗證。它看起來並不宏偉，主體部分只有3 公尺高，周圍插滿各種管道，用來輸送實驗用的氣體、冷卻劑和電等「原料」。

在啟動它之前，要花幾週時間把空氣從裝置中抽走，在內部創造出真空環境。然後周圍的設施再花幾週向真空室外的區域注入液態氮和液態氦，把它們的溫度降低到零下240 度左右，再給位於其中的超導體注入電流，形成強力的螺旋磁場。維持這樣的環境，每個月要花30 萬元電費。

能量奇點建造的核融合實驗裝置洪荒70。

它的主要功能是實驗，看造出來的設施能否成功點亮等離子體——氣體、液體和固體之外的第四種物質形態——這是實現核融合的最基礎條件。

工程師點擊「開始實驗」 按鈕後一瞬間，大量電子會沿著螺旋磁場轟擊提前註入真空室中的氫氣，把它們變成高速旋轉的等離子體。同時，周圍的裝置向等離子體發射與其旋轉頻率相同的電磁波，把它加熱到500 萬度。

整個測試過程只持續了幾十毫秒——還沒有人眨眼一次的時間長。但為了實現這一瞬間的測試，米哈遊、蔚來資本、紅杉中國等投資的能量奇點花了2 年時間、投入近2 億元人民幣建造了這個命名為洪荒70 的實驗裝置。

能量奇點CEO 楊鑷說，這次測試驗證了公司的技術路線可行，他們將投入數十億元研發下一代裝置——洪荒170，在2027 年建成，實現大於10 倍的能量增益——即每輸入10 度電的能量，發電100 度。目前還沒有一個可控核融合裝置達到這個目標。

能量奇點的新動向，是許多可控核融合多新創公司的進展之一。中國另一家核融合創業公司星環聚能，也在去年7 月建成第一代實驗裝置，並成功運行，正在研發下一代裝置。

美國的核融合創業公司更為激進，Helion 計劃在2028 年建成可以發電的核融合裝置，已經與微軟簽訂供電協議；TAE Technologies 宣布要在2030 年把核聚變商業化…… 至少有4 家公司定下目標，要在2030 年用核融合發電。

可控核融合原理早已清楚，困難點是工程

早在造出核分裂原子彈的曼哈頓工程啟動前，科學家就已經掌握了核融合的原理：兩個輕原子核（例如氘氚）結合在一起，會釋放巨大能量。

第一次人造核融合在1952 年完成，第一顆氫彈在太平洋上的比基尼島上空爆炸，威力相當於投向廣島的原子彈的500 倍。

輕原子核都攜帶正電，自然互斥。想讓兩個原子核碰撞、結合，需要合適的條件。首先得把它們變成離子（液體、固體、氣體之外的物質形態），並加熱到至少1 億攝氏度，這樣才能克服斥力、讓原子核結合在一起產生核聚變——太陽表面透過核融合產生能量的區域，溫度不過1500 萬攝氏度。

所有的氫彈都是直接引爆原子彈來實現核融合。但要用核融合來發電，顯然得用更溫和的方式加熱等離子體。

現在已經有一些裝置成功將等離子體加熱到攝氏1.5 億度以上，但能堅持的時間不長，大多以秒數計算。因為等離子體極度不穩定，就像不停翻騰的高溫帶電氣體。反應器需要將等離子體持續且穩定地壓縮在一個有限的空間（Plasma Confinement），才可能讓原子核頻繁碰撞、持續釋放能量。

一位研究了20 年核融合的專家說，等離子體“研究起來就是個無底洞”，會發生許多複雜的物理現象，目前還沒有模型可以精確預測等離子體如何運動，只能想辦法通過外力壓縮它。

持續研究最久、看著最有希望的是列夫·阿爾茨莫維奇等人在1950 年代末發明的託卡馬克（Tokamak）裝置，以及美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室研發的慣性約束核融合（ICF）裝置，它們各自代表核融合中磁性約束和慣性約束路線。

歐洲託卡馬克裝置JET 的內部構造。託卡馬克（Tokamak）是“帶有電磁線圈的環形真空室”，名字來自環形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnit）、 線圈（kotushka）這四個俄語單詞的縮寫。來源：JET

在託卡馬克裝置中，原子被送進甜甜圈一樣的真空環形通道，微波加熱為等離子體。通道的每個方向都被不同形狀的磁性線圈包裹。這些線圈通電後形成磁場，將攝氏1 億度的等離子體壓縮至一定密度、變成高速螺旋。

美國科學家提出的慣性約束核融合（ICF）裝置則是模擬原子彈引發氫彈爆炸的過程：用雷射或粒子束等衝擊密封在特定空間中的燃料，創造高溫和高壓環境，從而實現核融合。

慣性約束核融合裝置部分內部構造。圖片來自美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室。

目前人造核融合持續最久的一次，來自歐洲多個國家聯合投資的託卡馬克裝置JET，去年底實現了5.2 秒的核聚變，產生了69.26 兆焦熱量——19.24 度電。而且它消耗的能量，比它產生的能量多──還不具備商業可行性。完成這次試驗後不久，JET 便被拆除，這座1983 年建成的實驗裝置已經不是繼續研究的理想載體。

美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室建造的慣性約束核融合裝置，在2022 年、2023 年兩次核融合實驗中，用更少的能量生產出了更多能量，但他們並沒有把啟動雷射器消耗的能量算進去。而這個裝置產生的能量只有3.15 兆焦。

如果高溫能維持，等離子體依照設想保持高密度，核融合就能可控地持續發生，一個與現有核電廠功率相當、且幾乎沒有任何放射性污染風險的超級核電廠就誕生了。

政府機構沿著這個方向積極推動核融合研究，但效率低。最典型的例子就是超大型託卡馬克裝置ITER（國際熱核融合實驗反應器）。整個裝置高約30 米，有十層樓那麼高。

這個由蘇聯和美國政府在1985 年發起的計畫承載著對冷戰兩方合作的希望，也是核融合研究至今最有野心的投資。理論上託卡馬克裝置夠大，就更容易用磁力控制離子體，從而實現效率更高的核融合。 ITER 的目標是把等離子體加熱到最高3 億攝氏度，維持500 秒的核融合實驗，每小時用5 萬度電的能量，釋放出50 萬度電的能量。屆時，可控核融合距離變成現實近在咫尺。

冷戰結束後，俄羅斯財力有限、美國政府也正在縮減核融合研發開支。直到2006 年中國、歐盟、日本、印度和韓國加入後，ITER 的建設方案才正式敲定。

多國合作可以分擔成本，但效率也會顯著降低。 ITER 預計要到明年才能建成，然後再調試十年，到2035 年正式運行。

ITER 計畫波折幾十年，讓許多對核融合抱有希望的人感到疲憊，「距離可控核融合永遠還有30 年」 的調侃在此期間誕生。

像SpaceX 一樣，先把政府當年做過的事再做一遍

轉機在2021 年。商業公司的核融合研究有了新進展，私營資本湧入。

當年6 月，成立8 年的核融合創業公司Helion 宣布把等離子體加熱到攝氏1 億度，實現了原本只有政府專案才能做到的壯舉。 5 個月後，OpenAI 的CEO 山姆·阿爾特曼、PayPal 聯合創始人彼得·蒂爾等矽谷名流和風投機構向Helion 注資5 億美元，創下核融合領域融資紀錄，與美國政府給核融合研究的撥款相當。如果Helion 能繼續突破，他們允諾至少再投17 億美元。

同年11 月底，從麻省理工學院獨立出來3 年的核融合創業公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）宣布拿到超過18 億美元融資，超過之前所有核融合創業公司融資之和，出錢的是比爾·蓋茲、喬治·索羅斯、Google、DFJ、Emerson Collective 等30 個富人、公司或機構。

投資人認為CFS 的突破前所未有。他們與麻省理工學院合作做出了世界上最強的高溫超導磁體，可以產生強度超過20 特斯拉（T）的磁場，強度是ITER 磁場的1.5~2 倍。

磁場更強，限制等離子體的能力就強，核融合效果也會提升。他們的研究，讓核融合發展另一條路徑徹底顯現出來：建造小型的託卡馬克裝置，也能更有效率地產生能量，不再需要像ITER 那樣，耗費大量材料和時間。這也是能量奇點所選定的技術方向。

新的技術進展和兩輪大額融資，點燃了核融合創業熱情。根據核融合工業協會統計，截至2023 年6 月，全球40 多家核融合創業公司從投資人手中籌集了近60 億美元。

借助政府機構過去數十年的研究與新的技術進步和材料，新創公司建造小型的核融合裝置，只需要數億美元就可以驗證技術方向，裝置的建設週期也可以縮短到3～5 年。

「用託卡馬克裝置實現核融合已經非常充分，我們不需要做太多的科學驗證或研究，只需要聚焦解決工程問題。」能量奇點COO 葉雨明說。在這個過程中，成本成了關鍵。他告訴我們，開始設計第一代裝置時，科技累積不多的能量奇點考慮過把部分設計外包給一個參與ITER 專案的科學研究機構，但因為對方要價太高轉向自己設計。 「不管是銅導體還是高溫超導，物理原理是一樣的。」 設計方案確定之後，他們靠著多個核電領域發展多年的供應商造出了第一代裝置：

上海電氣核電集團為能量奇點生產了洪荒70 託卡馬克主機系統的關鍵設備：真空室、杜瓦和冷屏。

上海超導為洪荒70 提供了全部的高性能超導磁鐵材料。

中國核工業第五建設有限公司幫助能量奇點組裝了洪荒70。

2024 年1 月，能量奇點組裝洪荒70 場景。

在能量奇點的規劃中，建造洪荒70 只是完成技術方向驗證，「用相對短的時間、小的成本去驗證技術路線的可行性，規避風險，再研發建造一台投入更大、性能更高的裝置。

大多數商業公司都是這麼做的。不同的核融合新創公司選擇了20 多種不同的方案建造核融合裝置，都依賴過去幾十年的研究成果，一步步迭代。

例如Helion 成立十多年已經把裝置迭代到了第七代，2028 年為微軟供電的核融合是他們的第八代設施，目前還在設計中。

「（與微軟的合作）是一項有約束力的協議，如果我們造不出來，就會受到經濟處罰。」Helion 的CEO 大衛·柯特利（David Kirtley ）說。同一年，Helion 還與Nucor 達成協議，計劃在2030 年建造一座核融合反應器來幫它煉鋼。

以低成本方案建造先前政府巨額投資建設過的裝置，然後再一次次升級迭代，是SpaceX 在火箭、太空船上驗證的發展路徑。差別在於，SpaceX 2002 年成立的時候，政府工程製造的火箭早已將人類送入太空、登陸月球，建立了國際太空站。 SpaceX 的大部分進展是以更低成本解決NASA 解決過的問題，以刺激商業應用。而核融合是大國政府努力半個多世紀也沒能突破的難題，商業公司即便追上政府科研的進度，前方依然有難題。

被AI 驅動，也為了驅動AI

核融合商業公司的部分信心來自AI 技術進步。

目前的實驗已經可以將等離子體加熱到1 億度，達到可控核融合。關鍵在於把核融合持續下去，讓它產生的能量遠大於核融合過程所消耗的能量。

每次核融合實驗，科學家需要事先憑原則和感覺準備控制磁體的參數，每秒調整上千次電壓，讓磁場變化，盡可能避免高溫的等離子體碰到真空室內壁，否則只有兩種結果：等離子體溫度下降，或裝置毀掉。不管怎樣，核融合都不會持續。

AI 可以從歷史資料（包括模擬的資料）中學習如何更好地控制等離子體。它學習過程跟DeepMind 的AlphaGo 學下圍棋類似，先設定好目標－精確控制等離子體，達成後有獎勵，否則會有懲罰。在一次次實驗中，AI 或許會找到長時間控制等離子體，讓核融合持續下去的辦法。

2022 年2 月，Google DeepMind 的一篇研究論文經過同行評審發佈在《自然》雜誌上，在瑞士等離子中心的託卡馬克裝置中，經過強化學習訓練的AI 一次可以控制19 個磁性線圈，每秒釋放上萬次電壓，控制等離子的水平遠超經驗老到的科學家。

Google DeepMind 研發的AI 演算法控制等離子體的情況。

之後，用AI 監測、控制等離子體的研究密集出現。普林斯頓大學今年3 月發布論文，介紹了一種可以提前300 毫秒預測等離子體是否會破裂的AI 演算法，輔助科學家即時調整參數，從而延長核融合反應。

DeepMind 也在持續最佳化演算法。他們去年7 月發布的一篇論文中介紹了新方法，把訓練控制等離子體AI 演算法的時間縮短到1/3，控制精度提高了65%。

一位中國核融合公司創辦人說，DeepMind 第一篇論文發布後，他們就著手復現它的人工智慧模型，用到自己的專案裡。它正在成為核融合創業公司的標配。

隨著大模型變得火熱，AI 和核融合，這兩個一同誕生於1950 年代的技術，也有了更深層的連結。

與傳統的演算法相比，運轉大模型需要消耗更多能源。國際能源總署（IEA）在今年初發布的報告中提到，使用一次Google 搜尋消耗的電力大概是0.3 瓦時（Wh），而使用一次ChatGPT 會達到2.9 Wh。他們預計，如果不降低演算法功耗，到2026 年，運行大模型的資料中心消耗的電量可能會翻倍增長，一年用電超過1000 太瓦時（TWh）——大致相當於整個日本的水平。

在整個世界向電動轉型，又希望減少二氧化碳排放的時候，大模型推廣讓電力消耗增多，給全球電力系統帶來了更大壓力。亞馬遜愛爾蘭資料中心因為GPU 耗電過多，已經在限制用戶使用。

一些公司將目光放在了核能上。例如微軟已經著手招募核能專家，希望用小型的核反應器為資料中心供電。今年3 月，AWS 購買了一個建在核電廠旁的資料中心。

「未來的AI 需要能源突破，AI 消耗的電力遠遠超出人們的預期。」阿爾特曼今年初說，他認為核融合才是最根本的解決辦法，「它激勵我們加大對核融合的投資。

「當社會需要核融合技術的時候，核融合就能實現。」1950 年代，蘇聯的核子物理科學家列夫·阿爾茨莫維奇（Lev Artsimovich）研究出託卡馬克裝置後這麼說道。現在顯然比以往更需要可控核融合這樣奇蹟般的技術。

題圖：能量奇點建造的核融合實驗裝置在運作18.7 毫秒時點亮等離子體；來源：能量奇點。

1957 年，人造物體第一次進入宇宙，繞著地球飛了三個星期。人類抬頭就能在夜幕裡看到一顆小小的閃光劃過天空，與神話裡的星宿並行。

這樣的壯舉跨越種族與意識形態，在全球各地激起了喜悅之情。但並不是我們可能猜想的那種為人類壯舉所感動的勝利喜悅。根據政治哲學家漢娜·阿倫特（Hannah Arendt）當年的觀察，人們的情緒更接近於一種等待多時的寬慰——科學終於追上了預期，「人類終於在擺脫地球這個囚籠的道路上踏出了第一步」。

人們總是根據科技探索，快速調整自己對世界的預期。當科幻作家的一樁暢想變成現實，往往是技術終於追上了人們的預期，或者用阿倫特的話說，“科技實現並肯定了人們的夢想既不瘋狂也不虛無。”

今天這樣的時候，多一點夢想是更好的。

這也是《晚點LatePost》啟動TECH TUESDAY 這個欄目的預期。我們希望在《晚點》日常關注的商業世界外，定期介紹新的科學研究與技術進展。

這些可能關於一項前沿研究的進展、可能是對一個技術應用的觀察，也可能是對一些傑出技術、甚至一個時代的致敬。

這個專欄將從科學與技術的角度出發，記錄這個世界的多元變化。在這個旅途中，希望讀者能和我們一起，對這個世界增加一分理解。

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