可控核聚变，这里真要“开干”了？

中国的“基建狂魔”早已名扬四海，以至于大家默认了一个不成文的“定律”：哪怕任务看起来多像天方夜谭，只要中国工程队出手， 那基本就是“人挡杀人，佛挡杀佛”，压根不存在“搞不定”这三个字。

所以，每当工程招标公告一出，大伙儿的反应往往是：懂了，马上要动真格的了！

近日中科院的一则招标公告，再度引燃了市场的这种预期：从招标的项目来看，可控核聚变，已经逐渐脱离了“纸上谈兵”的阶段，进入实实在在的工程设计了！

四则公告背后同一个目标

具体而言， 11月12日，中国政府采购网公布，中国科学院下属合肥物质院等离子体所的四个项目招标，包括液态包层氚提取系统、内燃料循环平台、固态包层氚提取与回收实验平台、氚安全防护平台，预算金额分别为2.12亿元、3.724亿元、2.47亿元、5.14亿元，累计招标金额13.45亿元。好家伙，这一出手，果然“狂魔”本色不改！

图片来源：政府采购网

这么大的投资，肯定是要“搞大事”，虽然科学是“隔行如隔山”，常言道“没吃过猪肉，猪跑总见过”，说到合肥物质院等离子体所，笔者不敢说非常熟悉，但初步的直观印象是有的——早在学生时代，笔者就去该机构所在的董铺岛（外号桃花岛）上参观过，听岛上的老师（也可以说是学长）讲解“可控核聚变离商业化还有五十年”时，内心除了震撼，就是一脸懵。

作为一个彻头彻尾的门外汉，当时除了感叹装置之庞大、研究之艰难，对里头的科学原理嘛……基本属于“知识不过脑，一看就跌倒”的类型。

如今时过境迁，眼见可控核聚变进展神速，没准——不用等五十年，三十年就能成真。到时候，说不定我笔者还能跟孩子（或者孙辈）吹个牛：“瞧见没，我们今天的发电机，你爸（或者你爷爷）我老早就见过实物了！虽然当时也没怎么看懂……”

这次等离子体所针对性地进行平台建设，表明研究重心已从验证等离子体物理现象，转向解决未来发电站实际运行所必需的工程技术问题。按照行业的术语，就是“物理设计”已经结束了，接下来就是“工程设计”——从“能不能干”跃升到“怎么干”！

资料显示，此次招标的四个系统共同构成了核聚变反应堆中最关键、也最棘手的 “氚燃料自持循环”系统。氚在自然界中含量极微，能否在反应堆内部高效地“制造”出氚并安全地“循环”利用，是实现聚变能源商业化的命门。

可控核聚变

本质就是“炉子”

“氚燃料自持循环”，是不是光第一个字就不认识，七个字连起来更是不知所云？没事，再高深的东西，咱们掰开了揉碎了讲清楚，也就不神秘了！

核聚变发电站说白了，也就是一个需要不断添加燃料才能持续燃烧的“炉子”。这个炉子用的主要燃料之一，不是煤炭或者石油，而是“氚”（读 川，反正科学用字读半边，99%情况下没问题）。

但这个氚有个怪脾气：它非常“短命”（具有放射性，半衰期约12.4年），会不断自然消失，所以在自然界中几乎不存在。资料显示，目前全球氚的储量只有几十公斤，甚至不够一座反应堆的装填量！

这就引出了一个核心矛盾：一方面，炉子运行需要消耗大量氚；另一方面，地球上几乎没有现成的氚可用。重水反应堆辐照锂靶是当前生产氚的主流方法。利用核反应堆中的中子和锂-6（⁶Li）通过核反应，生成炉子运行需要的氚：

⁶Li + n → ⁴He + ³H

而所谓的 “氚燃料自持循环”，就是为了解决这个矛盾而设计的，目标是让这个“炉子”能自己生产燃料，自给自足！下面这张图，可以帮助我们直观地理解这个精妙的“自产自销”过程。

氚燃料自持循环示意图

图片来源：网络

这个过程的精妙之处，就在红框之处的“生成新氚”，这是实现“氚自持”的魔法步骤。上一步产生的高能中子，会被反应堆核心周围专门设计的氚增殖包层吸收。包层中富含锂-6元素，中子与锂-6会发生核反应，生成新的氚原子。这相当于利用反应产生的“种子”（中子），在锂这个“土壤”里“种”出了新的氚燃料！

新生成的氚，会混合在增殖包层的材料（如液态铅锂或固态锂陶瓷）中。这时，就需要氚提取系统将其高效地分离、回收出来。回收的氚会被送往氚工厂，进行提纯、与氘按比例混合，并重新制成燃料靶丸或燃料气，注入反应堆开始新一轮的燃烧。

同时，反应后排出的未燃烧气体也会被回收提纯，再次利用，这就是前文所述中科院四个项目中的“氚提取与回收”！细心的读者可能已经发现了，根据包层中氚增殖剂形态的不同，主要分为固态包层和液态包层两大技术路线。具体路线细节就不展开了，但据最新研究，具备在线提取、高热效率等优势的液态包层路线被视为未来商用聚变堆的更优方案。

说了这么多，总算把“氚燃料自持循环”的原理讲得七七八八了，但我们也要清醒认识到，这个听起来很完美的循环，在工程上还面临着巨大挑战，可不是“明天就能实现了”那么简单！

科学魔法也有现实瓶颈

目前最大的难点在于，如何让 氚的增殖比率（TBR）大于1（1.05左右），即产出的氚要多于消耗的氚，这样才能有多余的燃料支持新的聚变堆启动，而不是像没了柴火的炉膛一样，越烧越弱，最后熄灭！

那么目前的实验达到这个水平了么？这要看具体的场景了！对于概念研究和小规模的探索，目前远远达不到这个水平；而着眼于未来的聚变工程实验堆，其设计目标TBR通常设定在1.05至1.15之间。

但是科学来不得半点虚假，这个设计数值是基于理论计算和模拟，为满足氚自持需要而设立的，不等于已经普遍达到的现实——就好比，某著名品牌手机用小字标注“逆光之王是产品设计目标”，至于什么时候能达到，需要交给未来！

因此，当前的核心任务并非一味追求实验室环境下的高TBR数值，而是攻克实现氚自持循环所面临的系列工程技术难题，包括包层设计、材料研发、热管理以及氚的提取与循环等，每一个环节都需要复杂艰苦的努力！

此外，氚具有放射性且极易渗透（分子量小），如何在整个循环过程中确保其安全、高效地处理（放射性不是闹着玩的），是正在攻关的核心技术，也是这次四大招标项目之一，可在防止氚泄漏、实时监测、事故状态下回收氚。

说了这么多，目前可控核聚变究竟发展到什么程度了？依然以等离子体所为例：今年10月1日，紧凑型聚变能实验装置（BEST）首个关键部件杜瓦底座该所在成功落位安装，作为BEST的核心部件，标志着“人造太阳”项目主体工程建设步入新阶段。

BEST项目由聚变新能（安徽）有限公司负责运营，后者成立于2023年5月，初始注册资本50亿元，并在2024年6月增至145亿元，股东涵盖安徽省与合肥市国有平台、中央企业、中国科学院及社会资本。

按照计划， BEST有望于2027年正式完工，并在全球范围内首次实现聚变能发电演示，到那个时候，TBR>1很可能会真正变为现实；到2030年，有望通过核聚变点亮第一盏灯，为聚变发电带来曙光！

除了BEST，等离子所旗下还有另外两大“神器”——EAST和CRAFT（夸父）！

具体而言，作为中国聚变研究的旗舰， EAST的核心任务是探索实现聚变堆所需的高参数稳态运行模式。它近年来最引人瞩目的成就是2025年1月实现的1亿摄氏度高温下稳定运行1066秒的世界纪录。这一突破验证了未来聚变堆持续发电所必需的科学可行性。

至于俗称“ 夸父”项目的 CRAFT，其定位不同于EAST和BEST这类完整的聚变反应装置，它是一个为未来聚变堆（如示范堆CFEDR）研发和测试核心部件的巨型平台，相当于一个“大型实验室”！

2018年12月获批开工建设以来，围绕下一代“人造太阳”核心部件的研制，“夸父”园区将核心任务拆解成19个子系统，进行体系化攻关。目前总体工程进度已超过92%，今年至今已完成多项阶段进展。

作为研究可控核聚变的重镇，等离子所近年来的一系列进展，只是行业新动向的一部分。而近年来该领域如雨后春笋般的进展，以及一众资本的涌入，似乎昭示着，核聚变的春天已经到来了！

AI巨头大举押注核聚变

众所周知，人工智能在高歌猛进的同时，也成为了一只越长越大的“电老虎”。高盛预测，到2030年，AI数据中心电力需求将比2023年增长165%，全球数据中心总能耗可能突破 945TWh，相当于日本当前全国年用电量——真正的“电可敌国”！

为了保证未来自身的电力供应，国内外各大科技巨头纷纷布局核聚变领域。就连靠着人工智能登顶的英伟达，近年来，也在核聚变领域频频下注！

各位财友或许已经发现了：今年以来，英伟达的黄仁勋多次公开表示“AI的终极未来将取决于能否获得充足、廉价的清洁能源”。并且知行合一，“真金白银”押注核聚变！

今年8月，美国商业聚变公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）官宣完成8.63亿美元的B2轮融资，累计融资接近30亿美元，几乎已经达到全球聚变行业融资规模的三成，牢牢锁定头把交椅。而本轮投资者名单中出现了英伟达的身影，这也是其在核聚变领域的首笔投资。资金将用于SPARC装置建设与ARC电站的开发。

英伟达还与General Atomics以及一系列国际合作伙伴打造了一个具有交互性能的高保真、AI驱动的数字孪生聚变反应堆。这个模型能够以秒级速度预测等离子体行为。这项成果在英伟达今年的GTC大会上也得到了官宣，项目利用了ACLF的“Polaris”超级计算机和NERSC的“Perlmutter”超级计算系统，大规模训练了三种不同的AI代理模型。

押注核聚变的，不只有国外的巨头，还有国内的大厂。

据媒体公开报道，阿里领投了核聚变初创公司诺瓦聚变的天使轮投资，金额达到亿元级别。而这家公司今年4月才刚刚在上海成立，背后的掌舵者郭后扬长期深耕核聚变领域科学研究，还曾担任能量奇点CTO。此外，可控核聚变技术公司“星能玄光”近日完成数亿元的Pre-A轮融资，由蚂蚁集团领投。而字节方面，也曾调研了解过包括能量奇点在内的市面上多个可控核聚变项目，但最终并未进行出资。

与此同时，国家队也在加速入局，让可控核聚变赛道获得更多关注。与中国科学院牵头成立且获得安徽国资、中国石油昆仑资本、蔚来与蔚来资本等投资的聚变新能，并称为中国核聚变研发的两大国家队。

尾声

随着四大招标项目的落地，中国可控核聚变研发正悄然转向——从“能否实现”转向“如何实现”。氚自持循环这些曾经遥远的科学概念，如今成了必须攻克的工程技术。

当AI巨头争相布局、国家队重金投入，那个传说中的“终极能源”正在一步步走向现实。也许不久的将来，当BEST装置点亮第一盏灯时，我们会发现：中国“基建狂魔”这次，竟然把太阳也“基建”了。

看来，跟儿孙吹牛“我当年见过那大炉子”的场景，真不用等到白发苍苍。没准三十年后，当“人造太阳”照亮万家灯火时，我们都能指着电灯自豪地宣布： 这束光，哥们我，当年可是投过“资”（资瓷与关注）的！

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