与美争夺“圣杯”，中国科学家三班倒

美中两国正在上演一场高科技竞赛，追逐的目标是一种捉摸不定的能源：核聚变。

中国在核聚变上的投入超过美国，建成了一个庞大的核聚变技术园区，并成立了一个由一些中国最大的工业巨头参与的国家核聚变联盟。

为完成核聚变项目，中国的科研团队三班倒地工作，几乎昼夜不停。这个亚洲超级大国在核聚变科学和工程领域的博士人数是美国的十倍。

美国能源部聚变能源科学办公室负责人JP Allain说，中国每年在核聚变上的开支约为15亿美元，几乎是美国政府核聚变预算的两倍。同时，中国似乎正在推动核聚变能源的商业化，依照的似乎是2020年由几百名美国核聚变科学家和工程师首次公布的一份路线图。

磁约束核聚变的工作原理

核聚变是指两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。在恒星中，引力和热量促使原子粒子发生碰撞。在地球上，常见的核聚变实验设计使用磁场来捕获和挤压原子。

磁场方向环形磁铁真空室低压气体极向磁铁磁约束核聚变始于真空室。空气和杂质被抽空。

1环形磁铁和极向磁场将有助于约束和控制等离子体，并被充电。气体燃料被引入真空室。

2中性粒子束等离子电磁线圈这个电磁线圈 是位于真空室中心的载流磁铁。当强电流通过容器时，气体发生电分解。气体被电离，电子从原子核中剥离。形成等离子体。磁铁使等离子体远离室壁。

3中性粒子束加热等离子体。核聚变需要超过1亿摄氏度的温度。当高强度电流在真空室内循环时，等离子体粒子可以获得足够的能量发生碰撞和聚变。

4注：示意图是对磁约束装置的一般性描述。

数据来源： PHD Comics和普林斯顿等离子体物理实验室（真空室和磁铁设计）；ITER和EUROfusion（磁约束过程和聚变能）

“他们正把我们的长期规划付诸实施，”Allain说。“可以想象，这种感觉有多沮丧。”

据了解中国核聚变设施的科学家说，中国如果继续保持目前的支出和发展速度，将在三、四年内超过美国和欧洲的磁约束核聚变能力。

核聚变作为一种清洁能源一直是人类追逐的一个梦想。太阳的能量就来自于原子聚变的过程，科学家们希望利用这种聚变来获取几乎取之不尽的能量。但这项计划却面临科学和工程方面的巨大障碍，一些专家甚至认为，核聚变是遥不可及的海市蜃楼。

虽然核聚变的科学突破能造福全人类，但美国一些人担心，在美国和其他一些国家努力将更多生产和供应链转移到本土之际，中国将利用核聚变技术在日益激烈的能源竞争中占据上风。

中国核技术产业发展迅猛，其在建的常规核电站数量超过其他任何国家。根据信息技术与创新基金会( Information Technology and Innovation Foundation)上个月发布的一份报告，中国核电站的发展将使其在实现商业核聚变时占据优势。信息技术与创新基金会是总部设在华盛顿特区的智库，其支持者包括一些大型科技公司。

核聚变是指两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核，这个过程会释放出巨大的能量，没有碳排放且放射性也有限，但前提是人们能够驾驭它。

全世界的科学家都在努力研究如何维持核聚变反应，并设计出一种将这些能量转化为凈电能的方法。美国在利用激光产生核聚变反应的技术方面处于领先地位，但许多专家预计，利用磁场约束等离子体的磁核聚变将首先实现商业化。

中国对核聚变的推动

中国正投入大量资源追求能源富足的梦想。据熟悉相关工作的科学家们说，中国的工作人员只能在春节前后休假。

Commonwealth Fusion Systems首席执行官Bob Mumgaard说：“他们会为此投入大量人力资本、资金和组织资源。问题是，他们能搞懂这项技术吗？”Commonwealth Fusion Systems是美国最大的私营核聚变公司，投资者包括比尔·盖茨(Bill Gates)。

2018年，中国科学院等离子体物理研究所位于中国东部城市合肥的一个占地近100英亩的磁约束核聚变研究与技术园区开工建设，虽然竣工时间是明年，但目前已基本投入使用，并专注于技术产业化。

去年年底，中国表示将组建一家新的国家核聚变公司，并宣布国有企业中国核工业集团公司(China National Nuclear Corporation, 简称：中核集团)将领导一个由国有工业企业和大学组成的联盟，共同致力于核聚变能源研究。中国民营企业中，新奥集团(ENN)迈出的步子最大，2018年从零开始创建了核聚变部门。

托卡马克装置可以发生核聚变，它利用强磁铁约束等离子体。图片来源：JIANG QIMING/CHINA NEWS SERVICE VIA GETTY IMAGES

从那时起，新奥集团已建造两座托卡马克核聚变装置，利用强磁铁约束等离子体。国外对新奥集团的核聚变项目不甚了解，其发展速度也很难在美国或欧洲复制。

2021年8月份以来，政府和民间投资者对核聚变兴趣大增。2022年，在加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的科学家实现“点火”（核聚变反应产生的能量大于能量消耗）后，对核聚变技术的投资开始激增。此后，该联邦研究实验室已四次实现这一关键里程碑。

拜登政府则在2022年制定了十年内实现商业核聚变能源的目标，并在最近的预算中要求为核聚变拨款10亿美元。在最近的一次白宫活动中，有人建议组织一个类似于上世纪八、九十年代半导体项目的美国公私核聚变联盟。美国能源部最近颁发的一些奖项在结构上与美国国家航空航天局(NASA)推动商业航天产业发展的方式类似。

中国、俄罗斯和美国是参与了位于法国的国际热核融合实验反应堆(简称ITER)项目的35个国家之一。图片来源：OLGA MALTSEVA/AGENCE FRANCE-PRESSE/GETTY IMAGES

劳伦斯利弗莫尔实验室国家点火装置(National Ignition Facility)的惯性聚变能源计划负责人Tammy Ma说，美国2024财年的核聚变预算为7.9亿美元，比上年增加4%，但依然跟不上通胀的步伐。Ma说，这种缓慢的增长意味着美国研究生院的科研经费和资助职位减少。

谁将胜出还不清楚

核聚变领域充满了亦敌亦友的公司，每家公司都相信自己的技术和方法是满足世界能源需求的最佳选择。大多数公司既合作又竞争，关系网遍布全球。但中国与西方、特别是与美国之间日益加剧的对抗让合作变得困难。

几十年来，中国一直在投资对低碳转型至关重要的原材料和技术。其中许多也被核聚变公司和研究人员所使用，包括强磁铁和锂等技术。强磁铁可以约束等离子体，锂可以用作核聚变反应堆周围的包层，以吸收等离子体中产生的中子。

自20世纪50年代末各国开始解密核聚变能源研究以来，核聚变科学家们一直在交换和共享信息。中国、俄罗斯和美国均参加了位于法国的国际热核融合实验反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor, 简称ITER)项目，这个项目共有35个国家参与。

其他科学家表示，中国科学家参加国际核聚变会议，似乎最乐于通过直接对话分享信息，但语言是一个障碍。

美国弗吉尼亚州民主党众议员、国会聚变能源核心小组联合主席Don Beyer表示，美国大部分核聚变支出都流向传统项目，“而不是尖端项目”。

“据我们所知，中国15亿美元的预算大部分都用于建设能够与Helion或Commonwealth Fusion竞争的项目。”Helion和Commonwealth Fusion是美国最大的两家私营核聚变公司。

麻省理工学院(MIT)工程学教授、曾在中国核聚变咨询委员会任职多年的Dennis Whyte说，几十年来，中国几乎没有核聚变项目。中国花了大约10年时间建立起世界一流的核聚变科学项目和国家实验室。

“他们几乎是一瞬间就做到了这一点，” Whyte说。“不要低估他们追赶的能力。”

Whyte表示，美国在创业方式上有优势，但私营公司、大学和政府之间需要更好地协调，就像上世纪50年代开发核潜艇项目时那样。

“现在不好说谁会赢，”他说。