美媒：中国"人造太阳"加速，美国为何渐失先机？

3月17日消息，中国和美国正在竞相实现首个电网规模的核聚变能源。尽管美国在这个领域已经领先数十年，但中国正以双倍投入和创纪录的项目加速追赶。

核聚变常被称为清洁能源领域的“圣杯”，每公斤燃料所能产生的能量是传统核裂变的四倍，是煤炭燃烧的四百万倍，而且不会产生温室气体或长期放射性废物。据研究机构Ignition Research预测，如果计划进展顺利，到2050年，核聚变市场的规模至少将达到1万亿美元。

然而，核聚变领域目前面临着一个巨大挑战。麻省理工学院核科学与工程教授丹尼斯·怀特（Dennis Whyte）指出：“目前宇宙中唯一运行的核聚变发电厂就是恒星。”

美国在1952年通过氢弹试验首次实现了大规模核聚变释放（但不可控）。此后的70年里，全球科学家一直在努力将核聚变反应用于发电。

核聚变反应发生在氢原子在极端高温下，它们会融合在一起，形成一种超高温气体，也就是等离子体。理论上，这个过程中释放的质量可以转化为巨大的能量，但等离子体通常难以控制。一种常见的方法是使用强大的磁体将等离子体悬浮并控制在一种金属环形真空室（托卡马克）内。

另一种方法则是使用高能激光，瞄准胡椒粒大小的燃料颗粒，迅速压缩并引发内爆。2022年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（NIF）通过这种方式首次实现了核聚变点火，产生了净正能量。

自那以后，美国核聚变初创企业获得的私人投资激增。根据核聚变工业协会（FIA）的数据，投资额从2021年的12亿美元飙升至超过80亿美元。FIA的40家成员公司中，有25家位于美国。

为满足人工智能数据中心激增的能源需求，大型科技公司正推动传统核能（基于核裂变而非核聚变）投资大幅增加。亚马逊、谷歌和Meta已签署承诺，计划到2050年将全球核能产量增加两倍。

FIA首席执行官安德鲁·霍兰德（Andrew Holland）表示：“如果你关心人工智能，关心能源领导地位……你就必须投资核聚变。如果美国不在这个领域取得先手，中国就会领先。”

资金、规模和速度

尽管美国拥有最多正在运行的核电站，但中国在新建核电项目上独占鳌头。尽管中国首个核反应堆的动工时间比美国晚近40年，但现在中国在建的核裂变发电站数量远超其他国家。

中国在21世纪初加入核聚变竞赛，比美国晚了约50年。当时，中国与30多个国家合作，参与了法国的国际大型热核聚变实验反应堆（ITER）项目。然而，ITER项目此后遭遇了重大延误。

尽管世界各国之间的竞争日益激烈，但美国的私营部门仍处于领先地位。FIA数据显示，在全球80亿美元的私人核聚变投资中，美国占60亿美元。

其中，麻省理工学院孵化的初创公司Commonwealth Fusion Systems融资最多，接近20亿美元，投资者包括微软联合创始人比尔·盖茨（Bill Gates）、亚马逊创始人杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）和谷歌。

总部位于华盛顿的Helion则从OpenAI联合创始人兼首席执行官山姆·奥特曼（Sam Altman）等投资者处筹集了10亿美元资金，并与微软达成了一项雄心勃勃的协议，计划在2028年前将核聚变电力并入电网。

同时，谷歌支持的TAE Technologies也筹集了12亿美元资金。TAE Technologies首席执行官米歇尔·宾德鲍尔（Michl Binderbauer）表示：“谁拥有近乎无限的能源，谁就能影响你所想到的一切。若掌控权落入错误之手，那将产生可怕的后果。”

而在公共资金方面，中国大幅领先。美国能源部下属核聚变能源科学办公室的数据显示，中国政府每年投入约15亿美元用于支持核聚变研究，而美国联邦政府过去几年对核聚变的年均投入约为8亿美元。

特朗普总统在首个任期内曾大力支持核能，包括核聚变，而这一政策也延续到了拜登总统任期。然而，在联邦政府大规模缩减开支的背景下，特朗普第二任期内的核聚变开发前景尚不明朗。

今年2月，美国参议员和核聚变专家发布报告，呼吁联邦政府投入100亿美元，以帮助美国保持领先地位。然而，在反应堆规模方面，美国可能已经失去了领先优势。通常而言，反应堆的规模越大，加热和约束等离子体的效率越高，产生净正能量的可能性也越大。

美国遥感卫星数据公司Planet Labs提供的一系列卫星图像显示，2024年中国正在四川绵阳快速建设一座巨型激光核聚变实验设施。CNA Corporation的德克尔·伊夫莱斯（Decker Eveleth）指出，该设施的聚变反应容器穹顶大约是NIF同类设施的约两倍大。FIA的霍兰德表示，该设施可能是一个聚变-裂变混合反应堆。

中国现有的国家级托卡马克项目EAST近年来不断创下新纪录，并与法国的WEST项目在等离子体约束时间上展开竞争。然而，与美国实现净能量增益这一关键目标相比，这仍属次要里程碑。另一个由中国政府资助的大型项目夸父（CRAFT）预计今年完工。这个位于合肥、占地超过40公顷、耗资7亿美元的核聚变园区，也将建设一个新的托卡马克装置BEST，预计2027年完工。

霍兰德指出，中国的夸父项目似乎与美国科学家在2020年发布的计划相似。他说：“美国国会没有采取任何行动以投入资金实施该计划，而中国则已经在推进。”

人才与材料

中国快速部署新核聚变项目的同时，美国的努力主要集中在升级现有设备，其中一些已有30多年历史。TAE的宾德鲍尔表示："没有人愿意在'老古董'上工作"，并补充新项目更能吸引人才，"存在一定的人才流失问题"。

21世纪初，美国国内核聚变研究的预算削减迫使大学停止新设备研发，研究人员转而前往其他国家（包括中国）的装置进行研究。Commonwealth Fusion Systems联合创始人鲍勃·穆姆加德表示："我们没有自建新设备，而是去中国协助建造，当时想着'这样挺好，他们拥有设施，我们能获取知识'。唉，这其实是个大错误。"

根据报告，中国当前核聚变专利数量居全球之首，核聚变科学与工程领域博士数量是美国的十倍。宾德鲍尔指出："西方有限的人才储备被所有企业争抢，这是根本性制约。"

除人才外，核聚变项目需大量高功率磁体、特种金属、电容器及功率半导体等材料。Helion首席执行官大卫·柯特利（David Kirtley）透露，其最新原型机"北极星"（Polaris）的研发周期完全取决于半导体供应。中国正试图垄断这些材料的供应链，复制其在光伏和动力电池领域的成功路径。柯特利强调："中国在先进材料研发上的投资强度是美国的十倍，我们必须改变现状。"

总部上海的核聚变企业能量奇点声明"无疑受益于中国高效供应链"。2023年6月，该公司宣布在开始设计托卡马克仅两年后，就以创纪录的时间成功产生等离子体。

不过，这距离实现电网级商业化核聚变发电仍有差距。Helion目标2028年率先并网，Commonwealth宣布将在弗吉尼亚州建设首个聚变电站ARC，计划2030年代初投运。

麻省理工学院怀特教授总结："即使首个聚变电站落户美国，我们也不应自满。真正的终点是建立成熟的核聚变产业，为全球（包括AI中心）提供能源解决方案。"（小小）

How the U.S. is losing ground to China in nuclear fusion, as AI power needs surge