AI訓(xùn)練需要海量算力，算力背后是“每秒必爭”的能源消耗。
在人工智能與算力革命浪潮席卷全球，能源需求正經(jīng)歷前所未有的爆發(fā)式增長。這種矛盾正在倒逼全球?qū)⒛抗馔断颉敖K極能源”——可控核聚變。
基于能量密度高、零碳排以及燃料資源近乎無限等諸多優(yōu)勢，可控核聚變一旦能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化意味著將如蒸汽機(jī)、電氣化的到來一樣，主導(dǎo)新一輪科技革命，重塑全球能源格局。
對中國而言，聚變能源的戰(zhàn)略意義更是不言而喻。
氫硼聚變破曉
4月16日，位于河北廊坊的新奧能源研究院爆發(fā)出雷鳴般的掌聲，“玄龍-50U”實(shí)現(xiàn)國際首次氫硼聚變兆安級放電。
該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、新奧聚變科學(xué)家石悅江博士回憶稱，“當(dāng)天的實(shí)驗(yàn)主題原本并不是大電流，但是我們發(fā)現(xiàn)那天等離子壁的狀態(tài)非常好，我們就臨時(shí)改變了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)?！?/p>
石悅江形容，“就像火箭發(fā)射的窗口期一樣，如果錯(cuò)失這次機(jī)會(huì)，可能就要等待十幾天后的下一次實(shí)驗(yàn)了?！?/p>
從最初預(yù)計(jì)的300千安，到最終達(dá)成百萬安培（兆安）電流，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的“臨場決斷”改寫了氫硼聚變的工程進(jìn)程。
新奧聚變首席科學(xué)家彭元?jiǎng)P博士告訴筆者，“電流達(dá)到一兆安以后，意味著新奧聚變裝置真正進(jìn)入了大科學(xué)裝置的時(shí)代。”
這一突破意味著氫硼聚變將不再是實(shí)驗(yàn)室的烏托邦，而是可觸摸的工程藍(lán)圖。
聚變能源燃料路線多元，在技術(shù)上氘氚聚變相對容易實(shí)現(xiàn)。此外，氘氘、氘氦、氫硼等不同方案也瞄準(zhǔn)商業(yè)化推進(jìn)。
“在沒有抓到兔子之前，所有的獵狗都有機(jī)會(huì)?！北本┐髮W(xué)應(yīng)用物理中心特聘研究員康煒在第四屆“受控核聚變與人工智能技術(shù)”學(xué)術(shù)會(huì)議期間談到。
新奧能源研究院院長劉敏勝介紹，新奧選擇氫硼聚變路線不僅是基于其商業(yè)化潛力，更因其技術(shù)路徑在工程可行性上展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。
相較于主流氘氚聚變依賴稀少氚燃料、需復(fù)雜中子屏蔽等技術(shù)瓶頸，氫硼燃料的聚變反應(yīng)具有三大實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢：其一，燃料獲取成本低廉，自然界中硼-11儲(chǔ)量豐富（占地殼豐度約80%），氫同位素可從水中提取，完全規(guī)避了氘氚燃料的供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)；其二，反應(yīng)產(chǎn)物僅為無害的α粒子（氦核）和質(zhì)子，無需處理放射性廢料，徹底解決核廢料處置難題；其三，聚變產(chǎn)生的高能質(zhì)子可直接轟擊金屬板產(chǎn)生直流電，省去傳統(tǒng)聚變發(fā)電的蒸汽輪機(jī)環(huán)節(jié)，理論發(fā)電效率提升一倍以上。
事實(shí)上，從產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同視角看，氫硼聚變路線與國內(nèi)制造業(yè)基礎(chǔ)高度契合。球形環(huán)裝置核心部件的加工精度要求低于氘氚路線同類設(shè)備，中國成熟的超導(dǎo)材料、精密加工產(chǎn)業(yè)集群可為大規(guī)模制造提供支撐。
但同時(shí)，氫硼聚變需要更高的等離子體溫度（約10-20億攝氏度，超過氘氚的1-2億攝氏度）和更優(yōu)越的磁場約束條件及輔助加熱功能。
眼下，通過將基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化需求深度綁定，新奧將氫硼聚變從理論可能轉(zhuǎn)化為工程現(xiàn)實(shí)，為中國搶占聚變技術(shù)制高點(diǎn)提供另一條路徑。
可控核聚變研究分為六個(gè)階段，原理探索、規(guī)模實(shí)驗(yàn)、燃燒實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)堆、示范堆及商用堆。
放眼全球，最頂尖的科學(xué)家們正在深思熟慮埋頭苦干，以求更快地奪得這座能源革命的“圣杯”。當(dāng)前主流技術(shù)路線預(yù)計(jì)可控核聚變將在?2035年進(jìn)入示范階段?，?2050年前后實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電?。
中國核工業(yè)集團(tuán)提出2045年左右進(jìn)入示范階段?，而中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR）計(jì)劃在2035年建成示范堆?。國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）因技術(shù)復(fù)雜性推遲至2039年運(yùn)行?，但全球科研界普遍認(rèn)為2050年是商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)?。
中國可控核聚變領(lǐng)域近期捷報(bào)頻傳。
3月28日，中核集團(tuán)新一代人造太陽中國環(huán)流三號(hào)（HL-3）成功突破“雙億度”?！拔覀冎袊h(huán)流三號(hào)實(shí)現(xiàn)‘雙億度’之后，綜合參數(shù)大幅躍升，標(biāo)志著我國核聚變研究挺進(jìn)了燃燒實(shí)驗(yàn)的階段?！敝泻思瘓F(tuán)核工業(yè)西南物理研究院聚變科學(xué)所黨委書記李永革介紹。
下一步，新奧聚變研發(fā)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)基于“玄龍-50U”裝置，沖擊更高氫硼等離子體參數(shù)，開展氫硼聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，為下一代氫硼熱核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“和龍-2”奠定基礎(chǔ)。
聚變研究撬動(dòng)百億投資
我國早在1983年就提出了“熱堆-快堆-聚變堆”核能“三步走”發(fā)展總體戰(zhàn)略。
2023年底，國務(wù)院國資委明確將可控核聚變視為未來能源的唯一方向，這引發(fā)資本加速涌入。
圍繞力爭要在2035年前實(shí)現(xiàn)發(fā)出“第一度電”的目標(biāo)，民營企業(yè)和社會(huì)資本爭相進(jìn)入核聚變領(lǐng)域，與央企“國家隊(duì)”優(yōu)勢互補(bǔ)、共同促進(jìn)聚變商業(yè)化落地，給中國核聚變研發(fā)加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力持續(xù)注入新活力。
在合肥、成都、廊坊三地，中國的聚變能源科研團(tuán)隊(duì)均取得了不小的突破。
位于合肥的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置東方超環(huán)（EAST）多次刷新世界紀(jì)錄；位于成都的HL-3正率先挺進(jìn)聚變?nèi)紵龑?shí)驗(yàn)；位于河北廊坊的球形環(huán)裝置“玄龍-50U”成為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)氫硼聚變兆安級放電的裝置。
2023年底，由中核集團(tuán)牽頭，25家央企、科研院所、高校等組成可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體，正式揭牌中國聚變能源有限公司，并發(fā)布第一批關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)任務(wù)。這家新秀企業(yè)在今年的2月28日，獲得中國核電（601985.SH）和浙能電力（600023.SH）兩家國資合計(jì)17.5億元的投資。
民營企業(yè)新奧集團(tuán)對可控核聚變的投入堪稱“豪賭”。根據(jù)規(guī)劃，該公司未來五年將投入近百億元用于“和龍-2”裝置建設(shè)及人工智能研發(fā)。
遠(yuǎn)期來看，華泰證券估算，僅是磁約束托卡馬克裝置的建設(shè)，未來就將帶動(dòng)可控核聚變?nèi)虬賰|元級的投資規(guī)模。
事實(shí)上，全球聚變能源歷經(jīng)70余年科研探索，科學(xué)可行性業(yè)已得到驗(yàn)證，目前處于工程可行性驗(yàn)證向商業(yè)化應(yīng)用落地的關(guān)鍵過渡階段。但同時(shí)，聚變能源難度超高、工程超級復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化并網(wǎng)發(fā)電仍需較長時(shí)期的技術(shù)攻堅(jiān)也是難以回避的現(xiàn)實(shí)。
這并不影響全球各國對聚變實(shí)現(xiàn)突破的信心，并正競相加大相關(guān)領(lǐng)域的投入。
根據(jù)聚變產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（FIA）的統(tǒng)計(jì)，截至2024年底，全球核聚變行業(yè)有45家民營公司，2024年投入到私營聚變公司的公共資金增長了50%以上。
另一邊，人工智能的多項(xiàng)突破有望加速可控核聚變的商業(yè)化進(jìn)程。在等離子體控制、裝置設(shè)計(jì)優(yōu)化以及專家知識(shí)積累方面都已有所應(yīng)用。
康煒判斷，當(dāng)前可控核聚變行業(yè)方興未艾、蓬勃向上。對聚變能源的展望不再是“永遠(yuǎn)的50年”。
“目前來看，在2035年，我們就能夠看到聚變商業(yè)應(yīng)用的曙光了?！?/p>
本文僅供參考，不作為投資建議。
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