美国核聚变大突破？“人造太阳”要成了？微软2028年要买聚变电

今天被一个令人震撼的消息刷屏了！微软公司已经和OpenAI CEO山姆·奥特曼投资的Helion公司签署购电协议，将在2028年前向其购买核聚变电力。

什么？你可能眼睛都瞪圆了，2028年前购买核聚变电力，那个，美国核聚变大突破了？人造太阳就要搞成功了？不是说永远都要20年后才能实现吗？这究竟是怎么回事呢？

Helion能源是美国一家私人核聚变研究公司，总部位于华盛顿州埃弗里特，创立于2013年，其使命是将聚变能开发成一种清洁、可靠且负担得起的能源，目前约有150名员工。

Helion已从硅谷投资者那里获得了5.77亿美元的投资，其中最大一笔来自山姆·奥特曼，3.75亿美元，其他包括彼得·蒂尔和比尔·盖茨也投入了大笔资金。

目前被认为最有希望的“人造太阳”，是国际热核聚变实验反应堆（ITER），中国的东方超环和韩国的KSTAR，这些都是磁约束聚变装置，利用超导磁场来约束高温等离子体达成核聚变点火条件。

不过率先取得核聚变里程碑式突破的，却是美国的惯性约束聚变装置——国家点火装置，在去年12月的一次实验中，该装置利用有史以来最强大激光的压缩，第一次实现了受控氢聚变及净能量收益，也就是说输出能量大于输入能量。

Helion使用的技术叫做磁惯性聚变，类似于将磁约束和惯性约束结合在一起，利用超强磁场将少量燃料加速撞击以实现核聚变点火。

Helion的聚变装置被称为场反转装置（ FRC），是一个约18米的又长又窄的装置，两端是等离子体加速器，可以将等离子体加速到160万公里/小时，然后发射到中间的燃烧室使其相撞，合成一个高温高压的等离子体团，引发核聚变。

核聚变产生的能量由压缩等离子体的磁线圈回收，一部分用于为最初反应提供动力的电容充电，额外能量则输出为可以使用的电力。

最关键的是，该装置将持续不断地发射等离子体，这就相当于是一个活塞，不断地触发聚变反应，从而达成可自持的核聚变，并持续不断地输出电力。

2021年，Helion在第六代原型机“Trenta”中，高温等离子体已达到了1亿度的商业反应堆运行温度，约束时间达0.5秒，这是世界上第一个将等离子体加热到超过1亿度的私人核聚变装置。

目前Helion正在建设第7代原型机“北极星”，预计在2024年完成，有望将等离子体的脉冲率从10分钟一个，提高到每秒钟一个，目标是在明年实现核聚变发电的能力。

而该公司的第八代装置已经开始设计，目标是成为第一个商业核聚变装置，这可能就是该公司和微软签订供电协议，为其提供50兆瓦电力的装置。

感觉是不是太快了？似乎还没有人做好心理准备，人造太阳就要来了，事实真的是这样吗？

奥特曼说，我们来这里不是为了构建实验室系统，而是来卖电的，6个月前也有很多人怀疑人工智能，这技术要么行得通，要么行不通，我们是非常有信心的。

看来奥特曼同学通过ChatGPT的成功已经信心爆棚，但目前可能还没有什么人相信，Helion的磁惯性聚变能够在2028年发电。有人称微软和该公司签订供电协议，实际是对核聚变的信任投票，也就是说鼓励性质大于实际意义。

那么，这几种核聚变装置，究竟哪一种可能脱颖而出，率先实现核聚变商业发电呢？

我感觉Helion可能还真有机会。这是因为国家点火装置虽然已实现核聚变点火，获得了净能量收益，但它是通过内爆点燃微小的核燃料胶囊，会炸毁一次性的胶囊装置，实际是不可控的可控核聚变，而且该装置主要目的是研究核武器，并且为避免损坏设施，每年试验最多不超过8次，到目前为止仍未能复制首次成功的实验结果，感觉路可能还很漫长。

而磁约束托卡马克装置，也就是最有希望的人造太阳，是用磁场约束大量核燃料，将其加热到高温高压实现核聚变点火，正一步步地按计划实验和建造，但投入营运最乐观的估计，也要在2035年之后了。

将两者结合起来的Helion，实际一开始就是奔着商业发电去的，感觉建好后实际就是一台发电机了。因为根据它的原理，聚变产生的能量是通过等离子体的膨胀在磁压缩和加速线圈中直接转化成电流的。它利用磁场加速高温等离子体，通过对撞产生高温高压，点燃核聚变，目前已实现10分钟一个脉冲，如果真正能做到一秒钟一个，不就和现在那些活塞驱动的发电机差不多了吗？只是这个点燃的是氢聚变而已。

当然，Helion使用的聚变燃料是氘和氦-3，聚变需要更高的温度，而现在其装置尚未达到点火的条件，想在明年就实现发电，可能还真有些困难。

我感觉托卡马克装置和Helion的磁惯性装置，就像NASA开发太空发射系统（SLS）和马斯克开发星舰，托卡马克和SLS都是按技术规范一步一步来，按部就班，虽然慢，但SLS一次性就成功了，托卡马克也可能一次性就成功。

而星舰和Helion敢于冒险，都采用快速迭代的方式，不追求一次性成功，而是不断试错，Helion也是进化到第7代了，所以星舰如果能成功的话，没准儿Helion也可能会成功。