米哈游投资核聚变，浩大工程第一步

原理已经明确了一段时间，但这个项目充满了挑战。

文丨何骞明

编辑| 黄俊杰

2022年夏天，数亿元风险投资投资了两家，，核聚变初创公司，并在科技专栏发表了一篇介绍可控核聚变技术进展和投融资状况的文章。

两年后，核聚变实验装置在上海临港建成，并完成初步技术验证。主体部分仅3米高，周围布满了各种管道，用于输送实验所需的气体、制冷剂和电力等“原材料”。

在打开设备之前，需要几周的时间才能将空气从设备中吸出并在内部形成真空。随后，周围的设施花了几周时间将液氮和液氦注入真空外的区域，将温度降低至-240摄氏度左右，并向内部的超导体注入电流，形成强大的螺旋磁场。维持这样的环境每月要花费30万元的电费。

在能量奇点70建造的核聚变实验装置。

其主要作用是测试所建造的设施能否成功点燃等离子体——，这是继气体、液体和固体之后的第四种物质形态。这是实现核聚变最基本的条件。

当工程师点击“开始实验”按钮的那一刻，大量电子沿着螺旋磁场与先前注入真空室的氦气碰撞，产生高速旋转的等离子体。与此同时，周围的设备以与等离子体旋转相同的频率向等离子体中发射电磁波，将其加热至500万摄氏度。

整个测试过程只持续了几十毫秒，连人眨眼的时间都不够。然而，为了实现这一即时测试，由米哈游、蔚来资本、红杉，，等公司支持的能源奇点花了两年时间、投资近2亿元人民币，研发了这个名为红黄70的实验装置。

奇点能源首席执行官杨钊表示，此次测试验证了公司技术路线的可行性，并补充说，公司将投资数十亿元研发下一代设备，预计2027年完成，号称实现能量增益10倍以上。每输入10千瓦时的能量可产生100千瓦时的电力。目前，还没有可控聚变装置能够实现这一目标。

能源奇点的新兴趋势是可控聚变初创公司的众多进步之一。另一家，，核聚变初创公司星环能源去年7月建造了第一代实验装置，并成功开发了下一代装置。

美国的聚变初创企业更加激进，计划在2028年开发出能够发电的聚变装置，TAE Technologies宣布将在2030年实现聚变商业化。至少有四家公司设定了到2030 年利用聚变发电的目标。

可控聚变的原理早已为人所知，但工程化却很困难。

早在制造裂变炸弹的曼哈顿计划启动之前，科学家们就已经掌握了核聚变的原理。这意味着当两个轻核（例如氘和氚）结合时，会释放出大量的能量。

第一次人工融合于1952年完成。当时，第一颗氢弹在太平洋的比基尼岛引爆，其威力比投放在广岛的原子弹强500倍。

所有轻核都带有正电荷，并且自然地相互排斥。两个原子核碰撞并结合需要适当的条件。首先，它们必须转化为离子（液体、固体或气体以外的物质形式）并加热到至少1 亿摄氏度。只有这样才能克服斥力，使原子核结合形成原子核。核聚变—— 太阳表面通过核聚变产生能量，但其温度不超过1500万摄氏度。

所有氢弹都是通过直接引爆原子弹来实现聚变的。然而，很明显，要利用聚变发电，我们需要以更温和的方式加热等离子体。

已经有一些设备成功地将等离子体加热到1.5 亿摄氏度以上，但持续时间很短，通常以秒为单位。等离子体非常不稳定，就像不断搅动的热带电气体。核反应堆必须在有限的空间内（等离子体约束）持续稳定地压缩等离子体，使原子核能够频繁碰撞并持续释放能量。

研究核聚变20年的专家表示，等离子体是“研究上的无底洞”，未来会发生许多复杂的物理现象，目前很难准确理解等离子体的行为，还没有模型。发现可以预测这一点。一种利用外力进行压缩的方法。

持续时间最长、最有前途的研究是Lev Artumovich等人在20世纪50年代末发明的托卡马克装置，以及美国加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发的惯性装置。核聚变中的磁约束和惯性约束路线。

欧洲托卡马克装置JET的内部结构。托卡马克是一个“带有电磁线圈的环形真空室”，它的名字来自四个俄语单词的缩写：环形、相机、磁铁和科托什卡。来源：JET

在托卡马克装置中，原子被送入环形真空环形通道并用微波加热形成等离子体。通道的每个方向都缠绕着不同形状的磁线圈。当这些线圈通电时，就会产生磁场，将一亿摄氏度的等离子体压缩到一定的密度，并将其转变为高速螺旋。

美国科学家提出的惯性约束聚变（ICF）装置模拟原子弹引爆氢弹的过程，通过用激光或粒子束照射密封在特定空间中的燃料，产生高能核聚变。 -高温、高压环境。

惯性约束聚变装置的部分内部结构。图片来自美国加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室。

目前，由欧洲多国共同投资的托卡马克装置JET是目前持续时间最长的人工聚变装置，去年底实现了5.2秒的聚变，产生了69.26兆焦耳的热量，产生了3,335,419.24千瓦时的电力。它还比生产—— 消耗更多的能量，因此尚不具备商业可行性。这次实验结束后不久，JET 就被拆除了，1983 年建造的实验设施不再是继续研究的理想工具。

加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室建造的惯性约束聚变装置在2022年和2023年的两次聚变实验中以更少的能量产生了更多的能量，但考虑到了不打开激光时消耗的能量。而该装置产生的能量仅为3.15兆焦耳。

如果高温和等离子体密度能够保持如预期的那样，聚变就能以可控的方式继续进行，产生与现有核电站相当的输出，并且几乎没有放射性污染的风险，一座超级核电站将建成。它将会诞生。

。。机构正在积极推动这一方向的聚变研究，但效率低下。最具。。性的例子是超大型托卡马克装置ITER（国际热核实验反应堆）。装置总高度约30米，相当于一栋10层楼高。

该项目由苏联和美国。。于1985 年发起，是迄今为止对聚变研究最雄心勃勃的投资，希望能够进行冷战合作。理论上，如果托卡马克装置足够大，就更容易用磁铁控制离子，从而实现更有效的聚变。 ITER的目标是将等离子体加热至3亿摄氏度，维持聚变实验500秒，并利用每小时5万千瓦时的电力释放50万千瓦时的能量。到那时，可控核聚变将很容易成为可能。

冷战结束以来，俄罗斯财力有限，美国。。也减少了聚变研发支出。直到2006年，，，、欧盟、日本、印度、韩国共同参与，ITER建设计划才正式确定。

多边合作可以分担成本，但也会大幅降低效率。 ITER预计将建造到明年，然后再投入运行10年，并在2035年全面投入运行。

ITER计划几十年来的一波三折，让很多对聚变抱有希望的人筋疲力尽，这段时间还诞生了“可控聚变还有30年”的笑话。

重新开始做。。当时做的事情，比如SpaceX

我们将于2021 年回归。私营公司的聚变研究也有新进展，私人资本也大量涌入。

同年6 月，成立八年的聚变初创公司Helion 宣布已将等离子体加热至1 亿摄氏度，这一壮举此前只有。。项目才能完成。五个月后，OpenAI 首席执行官Sam Altman、PayPal 联合创始人Peter Thiel 以及其他硅谷名人和风险投资机构向Helion 投资了5 亿美元，使他们在聚变领域的融资成为现实，并创下了采购记录，并与Helion 相媲美。美国。。的核聚变资金。研究费用是一样的。如果Helion能够继续爆发，他们承诺至少再投资17亿美元。

同年11 月下旬，从麻省理工学院分拆出来三年后的核聚变初创公司Commonwealth Fusion Systems (CFS) 宣布筹集了超过18 亿美元的资金，超过了之前的所有融资。这家核聚变初创公司的资金来源包括比尔·盖茨、乔治·索罗斯、谷歌、DFJ、Emerson Collective 以及其他30 位富有的个人、公司和组织。

投资者认为CFS的崛起是前所未有的。研究团队与麻省理工学院合作开发出世界上最强的高温超导磁体，可产生强度超过20特斯拉（T）的磁场，是ITER磁场的1.5至2倍。

磁场越强，限制等离子体的力就越强，核聚变就越有效。他们的研究彻底揭示了聚变发展的另一条道路。建造更小的托卡马克还可以更有效地生产能源，而无需像ITER 那样消耗那么多的材料和时间。这也是能源奇点选择的技术方向。

新的技术进步和两轮重大融资激发了人们对聚变创业的热情。据聚变行业协会称，截至2023 年6 月，全球已有40 多家聚变初创公司从投资者那里筹集了近60 亿美元。

借助。。机构数十年的研究以及新的技术进步和材料，初创公司可以生产小型聚变装置，而验证一个技术方向的成本仅为10 亿美元，设备的建造时间也很短。可以显着缩短。期限将从3年缩短至5年。

“要实现核聚变，使用托卡马克装置就足够了。不需要做太多的科学测试或研究。专注于解决工程问题就足够了，”Energy Singh 首席运营官Hiroaki Ye 表示。 Gularity 的官员(COO)。成本是这个过程中的关键。 Energy Singularity最初开始设计第一代设备时，并没有太多的技术积累，考虑将部分设计外包给参与ITER项目的科研院所，因为价格太高，他们考虑将部分设计外包。工作。我们转向内部设计。 “无论是铜导体还是高温超导体，其物理原理都是一样的。”

上海电力核电集团制造了红黄70托卡马克能源奇点主机系统的主要设备：真空室、杜瓦瓶、冷屏。上海超导公司为红黄70提供全部高性能超导磁体材料。中核五建协助能源奇点组装史前70。

2024年1月，一个能源奇点汇集了70个史前场景。

在能源奇点计划中，红黄70号的建设意在完成技术方向的验证，“在较短时间内、低成本验证技术路线的可行性，降低开发风险”以更大的投资和更高的性能制造机器。 “安装”。

大多数商业公司都会这样做。各种聚变初创公司选择了20多种不同的解决方案来构建聚变装置，所有这些都依赖于前几十年的研究成果并分阶段迭代。

例如，Helion 在成立十多年后，其设备已迭代至第七代。预计在2028 年为微软提供动力的融合是该公司的第八代设施，目前仍在设计中。

Helion 首席执行官David Kirtley 表示：“[与微软的合作]是一项具有约束力的协议，不这样做将导致经济处罚。”同年，Helion 与纽柯钢铁公司达成协议，将于2030 年建造一座聚变反应堆，以支持钢铁制造。

使用低成本解决方案建造以前需要大量。。投资建造的设备，对其进行升级，并一遍又一遍地重复，这是SpaceX 通过其火箭和航天器展示的一种开发方法。不同的是，2002年SpaceX成立时，。。开发的火箭已经将人类送入太空、登陆月球、建造国际空间站。 SpaceX 的大部分进展在于解决NASA 以低成本解决的问题，以促进商业采用。核聚变是主要国家。。半个多世纪以来都无法突破的难题，即使私营企业赶上了。。科研的进步，前方仍面临挑战。

不仅由AI驱动，而且还要驱动AI。

商业聚变公司的信心部分源于人工智能技术的进步。

目前的实验已经能够将等离子体加热到1亿摄氏度，实现可控核聚变。关键是要继续聚变，使其产生的能量远大于聚变过程中消耗的能量。

每次聚变实验，科学家根据原理和直觉提前准备好磁体参数，每秒调整数千次电压，改变磁场，防止热等离子体撞击磁体就应该是这样的。否则，只有两个办法。后果：等离子体温度降低或设备被损坏。无论如何，融合不会持久。

AI可以从过去的数据（包括模拟数据）中学习如何更好地控制等离子体。它的学习过程类似于DeepMind的AlphaGo学习围棋。首先，我们设定目标——来精确控制等离子体。当你实现它时，你将获得奖励。如果没有做到这一点，将受到处罚。在一次又一次的实验中，人工智能可能会找到一种方法来长时间控制等离子体以继续聚变。

2022年2月，谷歌DeepMind的一篇研究论文经过同行评审并发表在期刊《自然》上。瑞士等离子体中心的托卡马克装置允许经过强化学习训练的人工智能每秒控制19 个磁线圈。通过发射数万次电压，等离子体的控制水平远远超出了经验丰富的科学家的水平。

谷歌DeepMind开发的AI算法控制等离子体情况。

此后，利用人工智能监测和控制等离子体的深入研究开始出现。普林斯顿大学3月发表论文，介绍了一种AI算法，可以提前300毫秒预测等离子体是否会爆炸，让科学家可以实时调整参数，延长Ta聚变反应。

DeepMind 也在不断优化其算法。在去年7月发表的一篇论文中，他们介绍了一种新方法，可以将控制等离子体的AI算法的学习时间减少三分之一，并将控制精度提高65%。

，，一家融合公司的创始人表示，DeepMind第一篇论文发表后，他就着手复制其人工智能模型，并将其运用到自己的项目中。这正在成为融合初创公司的常态。

大型模型的日益普及进一步加深了人工智能和核聚变这两种在20 世纪50 年代同时出现的技术之间的联系。

运行大型模型比传统算法需要更多的能量。国际能源署(IEA) 在今年早些时候发布的一份报告中表示，使用Google 搜索大约消耗0.3 瓦时(Wh) 的电量，而一次使用ChatGPT 的电量则达到2.9 瓦时(Wh)。他们预测，除非降低算法的功耗，否则到2026 年，运行大型模型的数据中心的功耗将增加一倍，年功耗将超过1,000 太瓦时(TWh)，达到33,354 我们预测可能大致相等到电力消耗。

随着全世界走向电气化并希望减少碳排放，对更大车型的推动正在增加功耗，并给世界电力系统带来越来越大的压力。亚马逊爱尔兰数据中心已经限制用户使用GPU，因为它们消耗太多电量。

一些公司正在转向核能。例如，微软已经开始聘请核能专家，并希望使用小型核反应堆为其数据中心供电。今年3 月，AWS 购买了一座建在核电站旁边的数据中心。

奥特曼今年早些时候表示：“未来的人工智能需要在能源方面取得突破，而人工智能所消耗的电力将远远超出人们的预期。”他表示，聚变是最根本的解决方案，“我们鼓励增加对聚变的投资”，一位成员表示。核聚变公司Helion 的董事会。

“当社会需要聚变技术时，聚变就有可能”，苏联核物理学家列夫·阿西莫维奇在20 世纪50 年代开发出托卡马克装置后说道。现在显然比以往任何时候都更需要诸如受控核聚变之类的神奇技术。

标题照片：Energy Singularity 构建的聚变实验在运行18.7 毫秒时点亮了等离子体。来源：能源奇点。

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