去年，全球核聚变创业公司筹集了34亿美元，是美国政府在核聚变研究方面支出的7倍。

文丨贺乾明

编辑丨黄俊杰

1930年，经济学家JohnMaynardKeynes发表了一篇短文[1]，预言一百年后，人们将不再需要为生计发愁，而只需要每天工作三小时。

尽管前年爆发的大萧条正在碾压全球经济，纳粹当选德国议会第二大党，但凯恩斯依然保持了一贯的乐观。他认为所有的崩溃都只是发展的阵痛，并预言从19世纪到20世纪不断爆发的科学发现和技术发明将重塑世界。

距离凯恩斯的设想只剩下八年了。在任何一个国家，普通人都不能指望一周工作15个小时就能过上好日子。

要说科技的进步让凯恩斯失望了，能源技术似乎是一个显而易见的问题。能源价格大幅提高了全球的生产和生活成本。西欧的天然气价格上涨了160%。据媒体估计[2]，德国一个四口之家每年的取暖费已经涨到4048欧元(约合人民币2.75万元)。中国正在经历多年不遇的电力短缺。一度95号汽油10块钱已经涨到——每升，开10公里的费用比外卖还高。

即使不考虑战争的影响，2021年全球用电量也比上一年高出6%。为了填补这一缺口，我们需要将世界上太阳能设备的数量增加一倍，或者建造200多个核裂变反应堆，以扩大核泄漏的风险。如果用煤炭来填补缺口，人类每年将不得不燃烧1.8亿吨煤炭，向大气中排放约5.3亿吨二氧化碳，使地球变得更热。

如果采用可控核聚变，理论上所需的燃料重量只有煤的1/10000000，而且不会像现在的核裂变电站那样，排放二氧化碳，也不会泄漏几百年来对环境有害的放射性物质。

“当社会需要核聚变技术时，核聚变就能实现。”20世纪50年代，苏联的核物理学家LevArtsimovich就这么说过。

今天的社会显然需要受控核聚变这一奇迹般的技术。能不能实现还不好说，但是投入到这项事业中的人和资金是前所未有的。

现在全球有30多家核聚变创业公司。根据PitchBook的统计，2021年全球核聚变创业公司融得34亿美元(约合230亿元人民币)，是美国政府同期核聚变研究预算的近7倍，也远高于冷战时期美苏每年的投入。

最大的贡献者不再是大政府，而是富人和风险投资机构。他们希望用更多的钱和更高的效率解决更棘手的问题。

在中国，今年已经连续出现两家天使轮融资过亿的核聚变创业公司。一个是星环聚，由清华大学核聚变团队创立。6月份从顺威、昆仑、险峰、红杉等10多家风险投资人那里融资数亿元，然后要求工人24小时三班倒建设第一个实验场。

另一个是能量奇点。今年2月从米哈游、蔚来资本、红杉、蓝驰融资近4亿元。现在已经和中国核工业西南物理研究院签订了协议，共同开发核聚变装置。

我们还了解到，一个新成立的核聚变团队正在寻找投资者，以商业计划筹集数亿元人民币。

一些投身于这个项目的企业家和投资者认为，美国私人太空飞行的今天就是受控核聚变的明天，SpaceX一定会出现在业界。

然而，2002年SpaceX成立的时候，距离加加林进入太空已经过去了40多年，距离阿姆斯特朗登月也过去了30多年。SpaceX的进步大部分是用更低的成本解决了NASA解决的问题。核聚变是一个难题，大国政府已经超过10年没有能够突破

实际验证于1952年完成。第一颗氢弹在太平洋的一个美国无人岛爆炸，威力是投在广岛的原子弹的500倍。

问题是轻核带正电，自然会互相排斥。如果你想让两个原子核碰撞结合，你需要合适的条件。首先，它们可以在1亿摄氏度的高温下变成等离子体(液体、固体、气体以外的物质)，从而克服斥力，使原子核结合产生核聚变。

为了达到这样的条件，氢弹需要由原子弹引爆。但要控制核聚变发电，只能用更温和的方式。

一些设备已经成功地将等离子体加热到1亿多摄氏度，但持续时间不长，大多是几十秒。中国的“东方”去年创下世界纪录，等离子体在1.2亿摄氏度下运行了101秒。

原子核间的斥力消失后，新的问题就会随之而来。等离子体极不稳定，就像一种不断翻腾的高温带电气体。反应堆需要在有限的空间内很好地压缩等离子体，使原子核频繁碰撞，不断释放能量。

一位研究核聚变20年的专家告诉《晚点LatePost》，等离子体是“一个无底洞”，会发生很多复杂的物理现象。目前还没有模型能准确预测等离子体如何运动，只能尝试用外力压缩。

目前持续时间最长、最有前途的装置是利奥阿尔兹海默等人在20世纪50年代末发明的托卡马克装置。

原理早已清楚

原子被送进甜甜圈一样的真空环形通道，微波加热为等离子体。通道的每个方向都被不同形状的磁性线圈包裹。这些线圈通电后形成磁场，将1亿摄氏度的等离子体压缩至一定密度、变成高速螺旋。

如果高温能维持，等离子体按照设想保持高密度，核聚变就能可控地持续发生，一个与现有核电站功率相当、并且几乎没有任何放射性污染风险的超级核电站就诞生了。

自托卡马克装置诞生60多年来，人造核聚变最长一次只持续了5秒。

超级大国主导核聚变研究

但经费随着冷战结束而枯竭

目前地球上最大的托卡马克装置是欧洲联合环（JET），由多个欧洲国家出资建造，位于英国，外圈半径3米，真空室高4米。它的目标是让核聚变得“经济”。

以现有技术，加热并控制等离子体需要巨大能量，大到入不敷出。

科学家们以Q值指核聚变反应的能效比，大于1意味着核聚变产生的能量多于它用掉的。1997年是JET最接近目标的时刻，一次实验中，Q值达到0.67。维持了不到1秒，消耗了大约9度电的能量，产生了6度电的能量——就这还没算冷却设备和大部分磁场电源等消耗的能量。

去年底，JET再次实现了核聚变，把氘氚原子加热到1.5亿度，维持了5秒。期间的聚变反应，释放59兆焦耳的能量（相当于16度电），但Q值只剩0.33。

图：发生核聚变时，JET的内部。来源：JET/英国原子能管理局

JET建成第二年，一个更具野心的计划被提出。1985年，刚上任8个月苏共中央总书记戈尔巴乔夫与时任美国总统里根会面，讨论如何缓和双方关系。期间苏联提出合作开发“造福全人类”的核聚变装置，以减少争夺能源可能引发的国际争端。

这个项目后来成为了ITER（国际热核聚变实验反应堆），一个超大型托卡马克装置。整个装置高约30米，相当于十层楼高。等离子体环的半径就超过6米，是JET的两倍。它的目标是把等离子体加热到10亿度，维持500秒的核聚变实验，Q值达到10，每小时用5万度电的能量，释放出50万度电的能量。届时，可控核聚变距离变成现实近在咫尺。

几乎所有的核聚变研究者都认为，只要ITER能建好并成功运作，核聚变研究就会往前一大步。理论上真空室足够大，就更容易用磁力控制离子体。而且大真空室的表面积增加比例小于体积变化，ITER可以实现效率更高的核聚变。

但这个跨越意识形态的项目诞生没多久冷战就结束了，俄罗斯财力有限、美国政府也在缩减开支[3]。到2000年，美国政府给核聚变研究的拨款只相当于25年前的1/3。

图：冷战高峰后，美国政府缩减核聚变研究预算。

多国合作可以分担成本，但效率也会显著降低，上亿美元的单项预算在绝大多数国家都需要国会批准。结果1985年的倡议，拖到2006年才正式敲定建设方案，启动项目。参与其中的科学家们预计，建造ITER需要10年、投入65亿美元，欧盟出一半。

到2013年，容纳ITER的建筑都没有开始建，而且各项开支严重超标，项目濒临死亡。致力于此的科学家们周旋两年，各国政府才重新达成共识，让项目持续下去，但成本预计翻两番超过220亿美元，建成时间表往后推9年到2025年。建成后再过十年，也就是2035年，才会进行真正的核聚变实验——距离最初的设想有50年。

图：正在组装中的ITER托卡马克装置。来源：ITER

最近这几年，ITER进展本还算顺利，进入最后组装。但今年麻烦又来了，俄罗斯是ITER项目的核心参与方之一，负责建造部分磁体。俄乌冲突爆发后，俄罗斯与欧盟关系恶化、欧美制裁俄罗斯，这些都可能影响工程进度。

一位核聚变领域创业者说，从1950年代到1997年，核聚变研究“以摩尔定律的速度前进”，之后戛然而止，鲜有实质的进展。

2021年两笔大额融资

点燃创业和投资热情

ITER项目波折几十年，让许多对核聚变抱有希望的人感到疲惫，“距离可控核聚变永远还有30年”的调侃在此期间诞生。

大国们推进的时候，私营资本往往不愿意赌这么遥远且不确定的工程突破。据美国核聚变工业协会统计[4]，1998年到2008年，全球只出现了5家民营核聚变公司，平均两年才有一家。

转机在2021年。核聚变研究有了新进展、人类也更迫切需要清洁能源，私营资本随即涌入核聚变。

成立8年的核聚变创业公司Helion在2021年6月宣布把等离子体加热到1亿摄氏度，实现了原本只有政府项目才能做到的壮举。5个月后，硅谷创业孵化器YC前CEO山姆·阿尔特曼（SamAltman）、PayPal联合创始人彼得·蒂尔（PeterThiel）等硅谷名流和风投机构向Helion注资5亿美元，创下核聚变领域融资纪录，与美国政府当年给核聚变研究的拨款相当。

这些富人和风投机构允诺，如果Helion能继续突破，比如实现核聚变、Q值大于1，他们至少再投17亿美元。

Helion的纪录只持续了不到1个月。去年11月底，从麻省理工学院独立出来3年的核聚变创业公司CommonwealthFusionSystems（CFS）宣布拿到超过18亿美元融资，超过之前所有核聚变创业公司融资之和，是Helion募资额的3倍多，出钱的是比尔·盖茨、乔治·索罗斯、Google、DFJ、EmersonCollective等30个富人、公司或机构。

投资者们认为CFS的突破是前所未有的。CFS在去年9月和麻省理工学院合作测试了世界上最强的高温超导磁体，可以产生强度超过20特斯拉（T）的磁场，强度是ITER磁场的1.5~2倍。

提高磁场强度，是做大托卡马克装置外，另一种提高Q值的方法。磁场更强，限制等离子体的能力就强，核聚变效果也会提升。理论上只建小型的托卡马克装置，也能更有效率地产生能量，不再需要像ITER那样，耗费大量材料和时间。

而且CFS测试用的高温超导材料，都是在市面上公开出售的——一部分来自中国的上海超导公司。其他核聚变创业团队可以快速跟进。

图：2021年，核聚变创业公司筹集超过34亿美元资金。

连续两轮大额融资，彻底点燃核聚变创业热情，过去几个月出现的创业公司，比之前任何一个年份都多。中国没有例外。《晚点LatePost》了解到，能量奇点、星环聚能的创始团队在2020年甚至更早就讨论过创业想法，有的成员此前也接触过投资人，但直到美国的同行们宣布拿到巨额融资，他们才踏出关键一步，写商业计划书，推进融资。

投资机构思路也在变。一些风投机构开始招聘物理学博士当投资人，募集投资周期超10年的基金，想尽可能提前捕获有潜力的前沿科技创业者。

甚至有投资机构撰文说，“成功收益远大于失败损失”的核聚变“天然适合风险投资”。这个当年推动微型计算机、互联网走向大众的行业，过去几年一度痴迷于教培和开餐馆。

核聚变未来市场空间巨大，可风险极高。中国的投资人们一度无法给创业公司定下估值。尽管如此，对于投资了上亿元的公司，他们也没有给出什么营收、盈利期待。

至于未来如何退出，一些投资机构并不担心。参投能量奇点的蓝驰创投投资总监孙登科接受媒体采访时说，“不太愁回报”，因为他觉得国家大概率会让这些有发展前景的创业公司上科创板。

技术不会自动前进

“真的要等到ITER变成现实吗？如果它失败了怎么办？”一位核聚变创业者担心等到2035年ITER运行会让自己再浪费十年，他认为核聚变研究停滞这么久，“依赖ITER这个大项目是原因之一”。

相比之下，创业公司建造一个小型的托卡马克装置，不过是两到三年时间。与ITER比，建造周期可以缩短到1/10。而且不需要一次投入200多亿美元，只需要数亿美元就可能验证成败。

这一批获得融资的公司正尝试以不同的方法实现核聚变。

图：CFS设想的小型托卡马克装置。来源：CFS

图：TokamakEnergy能源的球形托卡马克装置。来源：TokamakEnergy

图：HelicalFusion设想的核聚变装置。来源：HelicalFusion

图：TAETechnology正在建设的核聚变装置。来源：TAETechnology

图：FirstLightFusion实现核聚变的装置BFG。来源：FirstLightFusion

图：GeneralFusion正在英国建设的装置。来源：GeneralFusion

图：HelionEnergy设想的核聚变装置。来源：HelionEnergy

相比ITER一建就是20多年，这些年涌向核聚变的创业公司，几乎都拿出了更激进的时间表——2030年代核聚变商业发电，距离现在最多还剩17年。

托马斯·克林格（ThomasKlinger）是马克斯普朗克等离子体物理研究所的核聚变专家，有30多年研究经验。克林格本人对推动核聚变充满信心，但他也觉得[5]，创业公司设定较短目标，是因为必须满足利益相关者的要求，并不意味着能够如期实现目标。

可控核聚变成为创业项目，并没有离现实更近，它们大多处于早期阶段，还在建装置，测试方案是否可行，然后再探索Q值大于1的路。

尽管路途遥远、前景不明，但巨大的经济诱惑吸引了更多人参与其中——这是任何技术进步的前提条件。

2017年3月，SpaceX用实际行动证明回收的火箭可以重复发射，大幅削减发射火箭成本。一家私营航天公司做到了诸多大国宇航机构都没达成的突破。

“1969年，人类去了月球。然后我们有了航天飞机，只能把人送到低轨道。然后航天飞机也退休了。”回收成功一个月后，SpaceX创始人伊隆·马斯克在TED大会上说[6]，“人们有个错误的观念：技术自己就会前进。技术是不会自动前进，甚至经常退化。只有很多人一起努力才能让它变好。”

很多技术和工程难题并不会因为足够的投入迅速成真，比如100年前爱迪生普及电动汽车的野心。但不投入，也很难知道一件事究竟能不能成功。