01
最敏感的資本指路
去年五月，當蔚來汽車交付量再創年內新低、飽受掉隊質疑，且負債率高達70%時，其創始人兼CEO李斌卻不慌不忙地做出了一個「不務正業」的決定——成立了一家核聚變公司「聚變新能」，總投資9.95億元。
近兩年，與半導體時代相伴相生的海外風險投資機構，也在爭相押注可控核聚變相關企業。根據核聚變行業協會的報告，截至2023年中，全球核聚變行業融資規模增至62億美元，其中僅2.7億美元來自政府等公共資金，來自私人、投資基金的資金占據主流。矽谷「創投教父」Peter Thiel、亞馬遜創始人傑夫·貝索斯、老虎環球基金，甚至包括Open AI創始人之一的奧爾特曼，都在用真金白銀證明著對可控核聚變的信心。
國內，能量奇點、星環聚能等成立2021左右的企業，同樣走上了融資快車道，其中陝西星環聚能已經在近兩年拿到了超過6億元風險投資。
投資人和海外諸多核聚變企業都給出了樂觀預計：世界上首座聚變電廠會在2035年之前成功發電，走上商用之路。
各方大佬看好的可控核聚變究竟是什麼？作為對比，我們可以看看現在的核電站，現在的核電站大多採用的是核裂變技術，在較重原子核分裂為較輕原子核過程中獲得能量；而核聚變則完全相反，它是兩個輕原子核結合成一個較重的原子核，本質上是模擬包括太陽在內的所有宇宙恆星以核聚變原理髮光發熱、釋放出巨大能量的過程。加上現有的人造、可控的核聚變實驗裝置大多為球形，因此可控核聚變反應設施又被稱為「人造太陽」。
太陽表面及內核無時無刻都在產生核聚變
國際原子能機構在一篇文章中曾提到，核聚變每千克燃料產生的能量是核裂變的4倍，比燃燒石油和煤炭產生的能量高出近400萬倍。這在電力需求日益增長的現在，無疑更具吸引力，「如果成功將會是能源領域最重要的一次革命」。
但是，由於其苛刻的反應條件，可控核聚變技術一直是學界可望而不可及的清潔能源未來「聖杯」；對於產業界，這更是周期長、投入高、不確定性大的賽道。那麼為什麼頭部風投會選擇在這個時刻集中參與？事實上，這個決定並不僅僅是因為其想像空間巨大，而是因為高溫超導材料的顛覆性進步，已經讓可控核聚變技術有了關鍵突破。
02
不好控制的核聚變
文藝作品中曾多次想像過可控核聚變技術成熟後的場景，《流量地球》中推進地球航行的發動機、鋼鐵俠維持生命以及各型號盔甲運轉的能量來源「方舟反應爐」等靈感均源於此。但回到現實，學者早在長期的研究中意識到，核聚變雖然能爆發出的巨大能量卻難以為人類隨取隨用，這也是為什麼核聚變現在在地球上唯一的應用是氫彈——這種不可控的核聚變。
在講「關鍵突破」前，我們還要再把可控核聚變的工作過程說清楚一點。可控核聚變的物理原理已經很明確，現在的重點在於可控，那為什麼核聚變不好控制？
要知道太陽之所以能夠不斷聚變發熱，重要原因在於其巨大的引力所產生的極端壓力：太陽中心的壓力可以達到3300億個地球大氣壓，光是太陽表面的溫度就能達到6000攝氏度。
在高溫和高壓這兩大條件的作用下，太陽上的所有原子的物質狀態都變成了等離子體——這是一種由正離子和自由移動的電子組成的高溫帶電氣體，它們不再受原子核的束縛而隨意飄散，同時具有不同於固體、液體和氣體的獨特性質。整個太陽其實可以理解為一個溫度很高的大氣團，在太陽內核中還充斥著游離的質子和電子，因此核聚變才會無時無刻發生。
在地球上，我們用於核聚變反應的是氫的兩種同位素，即氘（重氫）與氚（超重氫），分別比氫多一個中子和兩個中子。想在地球上完全模擬太陽環境可謂是難上加難，所以為了實現核聚變，原子核必須在超過1000萬攝氏度的極高溫度下相互碰撞，才能夠克服相互間的電排斥力，並進入彼此非常接近的範圍。一旦進入這個範圍，它們之間的核力吸引力才能超過電排斥力，從而使它們實現聚變。
地球上核聚變反應示意圖
理論上，只要有幾克氘與氚的反應物，就有可能產生一太（萬億）焦耳的能量——這已經是歐美等已開發國家一個人60年內所需要的全部能量。可想而知，這麼大能量的粒子光是在反應裝置里相互碰撞所產生的熱度，就足以融化地球上現有的任何一種材料。
想讓等離子體產生聚變反應，必須將其約束在高溫、高壓條件下，因此可控核聚變有了兩條實現路徑，一條是慣性約束路線，通過壓縮聚變燃料至極高密度來實現；另一條則是磁約束路線，即將燃料加熱至上億攝氏度高溫，形成等離子體氣體，從而發生聚變反應，這也是現在的主流選擇。
但這兩個技術路線都要解決一個共同的問題，那就是眾多原子核必須被約束在一個小空間內。因此，如何為聚變反應打造一個容器成為最關鍵的工程挑戰。
03
高溫超導顛覆作用
在磁約束路線中，目前最成熟的、可以用來實現可控核聚變的容器是發明於上世紀50年代的「托卡馬克」（Tokamak）。名字雖然有點怪，但其形狀可愛類似於甜甜圈，原理是用磁場將帶電的等離子體全部約束在環形真空室的中心，使其始終與反應堆壁隔開，從而確保容器不被融化。最後，容器里循環的冷卻水系統將帶走聚變反應產生的熱量，並用於發電。
托克馬克內部
托克馬克長期使用的是電阻為零的低溫超導材料來產生強磁場，這樣電流通過超導線圈不接觸、不發熱，也就無需因為傳統線圈過熱而間歇運行。從聚變性能來說，托克馬克是其他方式的2到4個數量級；但從經濟性角度看，由於其系統非常龐大複雜，低溫超導電流密度又比較低，需要大型裝置才能進行測試，資金投入巨大，一般的商業機構難以承受。
以國際熱核聚變實驗堆為例，它是世界上最大的核聚變實驗裝置，用的是由低溫超導材料打造的托卡馬克。這個托克馬克近30米高，重達2.3萬噸，雖然因為各種原因一直沒運行過，但投入已經超過200億美元。
高溫超導材料「釔鋇銅氧」的出現讓核聚變設施得以變「小」
直到高溫超導材料出現突破性進展，產業界才看到了商用化的曙光。電流密度高、比同體積低溫超導磁場更強的高溫超導材料「釔鋇銅氧」體系，已經能讓建造和運行成本實現大幅降低。
2021年9月，美國核聚變商業公司CFS和MIT宣布成功研製出全球首個基於高溫超導材料的聚變裝置磁體並通過測試，磁場強度達20特斯拉，最重要的是，投資規模已經降到數十億，每一代裝置的生產建設周期只需要兩三年，風投機構因此湧入核聚變行業搶位。
不過學術界還沒這麼樂觀，畢竟反應堆壁能經受極端環境考驗只是技術挑戰的第一關，可控核聚變發電還要怎麼保證核聚變產生的能量能高效轉化為電力輸出，且有凈增益，即輸出能量大於輸入能量；第三關就是讓這個核聚變過程可持續發電。此外還有一些更具體的技術難點，比如怎麼在燃料消耗後及時補充等等。
市場資金的加入，或許讓上下游的革新效率更快，但不能改變現在可控核聚變還離商業化較遠的現實。