文︱《中国报道》记者 李士萌
在春节档热映的电影《流浪地球2》中，人类计划给地球安装上万座巨大的行星发动机，推动地球开启“流浪之旅”，而为这一巨大机械提供动力的则是重核聚变。
“虽然电影中通过烧石头推动核聚变的方案基本不可行，但人类如果要想走出地球，甚至完成星际旅行，地球上现有的石油、天然气是不够的，聚变能必不可少。”新奥能源研究院聚变技术研发中心聚变理论模拟首席科学家谢华生告诉《中国报道》记者，“聚变能属于未来。”
1952年，世界上第一颗氢弹爆炸试验成功后，就有预言称5年内人类就可以实现可控核聚变。但直到去年12月，美国能源部下属实验室成功实现核聚变激光“点火”，这个预言时间仍为“小于五六十年”。“让核聚变可控并商业化”，这一目标人类还需要等待多久？问题的答案似乎正随着核聚变研究成果的累积而一点点清晰起来。
可控核聚变发展至今日，似乎到了技术突破的临界点。
聚变反应是太阳内部每时每刻都在进行的反应。从理论上讲，相比现有的大亚湾核电站等核裂变发电站，核聚变如能实现商业发电，其原料更为丰富，可从海水中获取，并且因核聚变不产生长寿命的放射性废物而更安全——而这正是现行核裂变核电站“令人头疼”的一点。相比化学能，聚变能也更清洁、低碳、高效。
让“太阳”变得可控并不容易，聚变能源每前进一点，都会发现新的困难。虽然道路曲折，但近5年一些资本正陆续入局核聚变。据美国聚变工业协会数据，截至2022年年底，核聚变公司报告的私人承诺投资总额超过47亿美元。
谢华生分析，资本纷纷入局一方面是碳达峰碳中和目标使然，人类可持续发展需要新能源；
另一方面，高温超导磁体、人工智能等重点技术以及近些年的物理研究取得重大进步，让投资人看到了核聚变技术突破的希望。
他指出，去年12月美国能源部下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)国家点火设施(NIF)首次成功在可控核聚变反应中“点火”，做到产生的能量大于输入的能量，实现了“净能量增益”，对聚变研究具有重要的历史意义。
“原来美国高层的研究报告都认为，NIF装置不可能实现能量正增益，这个实验结果出乎很多人的意料，这也让很多对核聚变研究信心不足的人重新看到了希望，对中国的核聚变研究也是一种激励。这说明一条技术路径只要坚持下去，就可能会有意外的惊喜。”谢华生告诉《中国报道》记者。
聚变工业协会 (FIA) 2022年的最新报告显示，企业对聚变商业化的时间表越来越有信心。在接受调查的公司中，有93%认为聚变将在2030年左右实现并网，高于2021年报告中的83%。
中国的可控核聚变探索从21世纪初步伐加快。2006年，中国正式加入国际热核聚变实验反应堆项目（ITER）。该项目被称为“世界上最大的核聚变项目”，在该项目中，除欧盟东道主外，其他成员国只需出资9%便可共享所有的知识产权。“这对中国来说是一个很好的机会。”谢华生说。同年，被誉为“人造太阳”的东方超环（EAST）正式建成，成为我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置。
2021年4月13日，中科院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）。
由于涉及多国合作、项目规模巨大，ITER一直进展缓慢，但中国核聚变探索却在飞速前进。“在加入ITER项目的十几年里，中国是增长最快的力量，已经从跟跑、并跑，逐步进入领跑阶段。”谢华生介绍，在单点技术上，中国甚至做到了国际领先。例如，2021年12月30日，EAST实现了1056秒超脉冲高参数等离子体运行。
总体而言，中国在国际主流的惯性约束和磁约束核聚变装置方面均有布局。在惯性约束技术路径上，主要由中国工程物理研究院（九院）进行实验探索。不过谢华生指出，由于惯性约束属脉冲式发电，很难实现稳态放电，以此技术路径实现商业发电的可能性很低。
去年，美国便是通过惯性约束成功实现“点火”，但在192束巨型激光轰击下，聚变的原子核不过释放出3.15兆焦耳的能量。“3兆焦耳约为一度电，现在的电价不超过2元一度，也就是说数万美金起步的一次轰击最后可能只能卖不到2元，并且激光射出一炮后，设备还需要清理和重新安装聚变靶丸才能进行下一次实验，单次发电的性价比太低。”谢华生说。因而，能够实现准稳态、连续运行的磁约束，成为主流的聚变能源装置选择，托卡马克装置是其中代表。
一位核聚变领域的投资人士告诉《中国报道》记者，现在可控核聚变综合技术实力最强的是美国，特别是在激光惯性约束领域。由国际原子能机构（IAEA）统计的截至2021年的133个全球聚变装置分布中，排名第一的是美国，其次是日本、俄罗斯和中国。
谢华生认为，目前要想在可控核聚变上实现突破，最需要解决的核心矛盾不是各个约束方案，而是核聚变反应本身无法在科学可行、工程可行和商业可行之间取得平衡。
他指出，目前从物理科学层面最容易发生反应的是氘—氚聚变，但该方案在工程和商业层面很难实现。氚的资源有限，主要从裂变堆中产生，年产量约几千克到几十千克，如此产量即便一个规模稍大的聚变电站也维持不了，并且氚的半衰期短，具有一定放射性。反应后的产物能量大都由极高能的中子携带，这些中子很容易打坏装置，且暂没有适合的材料进行防护。
其他的反应方案也尚有诸多短板，如氘—氦- 3依然存在原料问题，氦- 3在地球上的储量有限，价格昂贵；
氘—氘聚变虽原料充足，但同样存在反应产物高能中子会把装置打坏的问题；
氢—硼- 11聚变在商业化方面比较理想，原料充足，唯一的缺点是反应发生的物理要求太高。
谢华生认为，想要打破僵局，需要从工程和物理两个层面同时着手，一方面是提高工程技术水平，另一方面要把物理约束做到极致。
虽然仍面临诸多困难，但受访者对核聚变的未来均保持乐观。前述核聚变领域的投资人士告诉《中国报道》记者，未来，可控聚变能的实现方式不止一种。除了大型的聚变电站之外，还有一些小型化、低成本方案会有很大的发展空间，例如一些磁镜、场反位形等线性装置。
谢华生在参加核聚变国际会议时观察到，国外的参会者大多五六十岁，而中国更多的是年轻人。某高校的核聚变领域博士生也告诉《中国报道》记者，在选择专业时，核聚变相对于核专业的其他方向更受欢迎。
“中国核聚变追赶世界前沿的势头非常猛，但原始创新能力仍需加强，未来是否有可能提出一个全新的聚变方案，实现弯道超车或者引领世界，值得期待。”谢华生表示。
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