聚變能常被稱為終極能源。2023年，人類整體發(fā)電功率大約為10的12次方瓦，假設可控核聚變可實現(xiàn)，能量轉換沒有損失，人類僅需提供84噸氘氚燃料即可獲得所需要的電能。  

1月29日，星環(huán)聚能創(chuàng)始人兼CEO陳銳在澎湃新聞舉辦的“2026科技展望開年演講”上發(fā)表《核聚變能：原理、行業(yè)與未來》演講。在演講中，他科普了什么是聚變能，以及人類在過去70多年里為獲得核聚變能所做的各種努力。在他看來，站在2026年的起點上，未來三五年，大量聚變裝置將建成；未來五年有可能看到等效Q（能量增益因子）等于1或大于1，證明聚變發(fā)電的工程可能性，“過去的 ‘永遠50年’是對的，現(xiàn)在的 ‘10年可期’也是對的?！?/p>

清潔安全的聚變能如何產(chǎn)生？

“核聚變的過程是沿著元素周期表的氫、氦，一步步往上變成更重的原子，最終到鐵，在這個聚變過程中釋放能量?！标愪J表示，雖然人類的肉眼無法感知核聚變，但核聚變的產(chǎn)物卻和所有人的生活息息相關，構成人體或地殼大部分的元素都是核聚變的產(chǎn)物，從質子反應開始，氦、碳、氮、氧、硅、鐵，都由核聚變產(chǎn)生。

聚變能具備清潔零碳優(yōu)勢，以氘氚聚變?yōu)槔?，氘氚聚變產(chǎn)生氦，氦氣是一種惰性氣體，無毒無味無碳。聚變使用氘、氚兩種原料，從儲量來看，海水中含有大量氘，海水中的鋰經(jīng)過反應可得到氚，地球上氘、氚的儲量滿足人類使用的年限至少以億年計。和核裂變相比，核聚變反應條件苛刻，一旦發(fā)生任何特殊情況，聚變反應會自動快速停止，因此核聚變具有安全性。

但聚變能在工程上極難實現(xiàn)。人類從上世紀50年代發(fā)現(xiàn)聚變能開始，就嘗試和平利用聚變能，但經(jīng)過70余年努力，全球仍然沒有真正做到連續(xù)穩(wěn)定地實現(xiàn)聚變條件。

所謂聚變條件，核心是加熱和約束。以氘氚聚變?yōu)槔訜岬入x子體或加熱聚變燃料就像在電飯煲里煮飯，我們需要把等離子體加熱到上億的溫度。人類在過去70多年里總結出大量加熱方式，可以通過離子回旋波、電子回旋波等外部加熱傳遞能量，也可以采取磁重聯(lián)、磁壓縮等內部加熱方式。

從約束的角度來說，人類已知的聚變約束方法分為引力約束、慣性約束和磁約束。太陽每時每刻都在發(fā)生聚變反應，這就是引力約束。簡單來說，引力約束依靠強大的萬有引力來提供對聚變燃料的約束，但強大的萬有引力需要極大的質量來保證，顯然，在太陽系里，只有太陽具備如此大的質量。對地球來說，人類并不具備發(fā)生引力約束的聚變方式的可能。因此，地球上可行的方式是慣性約束和磁約束。

所謂慣性約束，以激光聚變?yōu)槔?，多束高精度激光從各方面打擊一個極小的聚變靶丸，以此發(fā)生聚變反應。從工程角度來說，人類和平利用聚變的主流方式是磁約束，利用一組或多組磁場形成磁籠，或由磁場構成高速通道，等離子體在磁場中被約束住，進而發(fā)生聚變反應。

過去70多年發(fā)展中，聚變研究多路徑并存，每種方案各有所長。人類總結出非常多的磁約束路線，但目前并沒有哪一條占據(jù)絕對優(yōu)勢。球形托卡馬克是經(jīng)典的磁約束路線，托卡馬克也是目前全人類在工程上、使用上掌握最成熟、使用最多的約束方式。

“聚變永遠50年”？

在核聚變領域，常常能聽到“聚變永遠50年”這句話。實際上，人類對于使用聚變能的情緒經(jīng)歷了波動的周期。上世紀四五十年代，人類剛剛了解到聚變可以釋放出巨大能量，這時候各個國家信心十足。上世紀40年代到60年代，各國都希望立刻通過可控聚變?yōu)槿祟愄峁┠芰俊?/p>

不巧的是，在1958年日內瓦首屆聚變能大會上首次提出可控聚變需要50年，因為當時存在溫度上限問題。從1958年到上世紀70年代，人們發(fā)現(xiàn)，溫度越高，聚變的約束能力顯著變低，但聚變需要更高的溫度，這就是沖突之處，因此聚變進入相對低谷期。

但在上世紀70年代左右，蘇聯(lián)人發(fā)明了托卡馬克路線，可以把等離子的溫度加熱突破到1000萬攝氏度，當時的石油危機也引發(fā)人們對于能源的渴望。因此上世紀70年代到80年代又引來一波聚變高潮?，F(xiàn)在很多頂級托卡馬克裝置就從那個年代開始建設，例如歐洲的JET裝置、美國的TFTR、日本的JT-60裝置都在這一時期建成。

上世紀90年代開始，這些裝置達到科學目的后，人類開始嘗試建設ITER這一聯(lián)合國家的聚變裝置，該裝置位于法國，中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國等國家共同參與，這也是人類尺寸和工程規(guī)模最大的聚變裝置，當時的目標是在2035年能夠運行，現(xiàn)在運行時間大大延遲了，關于“聚變永遠50年”的說法也是從這個時候漸漸出現(xiàn)。

在技術、真實市場需求、商業(yè)和政府的共同作用下，過去5-10年，聚變在又經(jīng)歷了再次升溫。從商業(yè)化聚變公司數(shù)量來看，在2017、2018年前，全球商業(yè)化聚變公司數(shù)量大體上沒有超過10家。從2018年開始一直到現(xiàn)在，全球大約有70多家商業(yè)化聚變公司。在過去5-10年里，商業(yè)化聚變獲得的融資金額已超百億美元。

推動商業(yè)化聚變發(fā)展的核心原因到底是什么？陳銳表示，從技術端來看，高溫超導等新材料的使用讓人類能在更小的裝置里真正建設聚變裝置，造價顯著降低，建造時間顯著縮短，商業(yè)化成為可能。與此同時，AI和聚變的發(fā)展相輔相成，AI能夠更有效率地控制等離子體，提升約束能力。高溫超導和AI帶來的技術突破，讓商業(yè)化聚變變得工程上可行。

但僅有技術是不夠的。真正的轉折點發(fā)生在2021年，美國CFS公司獲得18億美元融資，這是人類歷史上可控聚變最大一輪融資。原因在于OpenAI推出了ChatGPT，人類發(fā)現(xiàn)離AGI并沒有那么遙遠，但AGI顯然需要安全、無限的清潔電力支持，可控聚變就變成迫切方案。2021年從美國開始，大量資本真正意義上進入可控聚變領域。

聚變商業(yè)化的真正推手是2025年我國在“十五五”規(guī)劃中提出核聚變能作為未來產(chǎn)業(yè)。技術、商業(yè)需求、政策支持，三個意志的推動讓可控聚變在過去幾年迎來了大發(fā)展。

“基于這個發(fā)展，大家說聚變不是永遠50年嗎？為什么變成10年可期了？永遠50年是對的，10年可期也是對的?！标愪J表示，在“永遠50年”時，大家的關注點都在各國聯(lián)合建設的ITER裝置，本國聚變相關的資本和政策投入少，聚變進展緩慢。站在2026年的起點上，未來3-5年，大量聚變裝置將建成，包括中聚能的環(huán)流4號、美國CFS的SPARK、星環(huán)聚能的1號裝置?！拔磥砦迥暧锌赡芸吹絈（能量增益因子）等于1或大于1。雖然不能真正意義上把電發(fā)出來，但能夠證明聚變發(fā)電的工程可能性，所以過去的 ‘永遠50年’是對的，現(xiàn)在的 ‘10年可期’也是對的?！?/p>