CNBC：中國在核聚變領域正在擊敗美國。網友的回應太逗了
本文是基於3月17日的美國CNBC電視台視訊——“隨著人工智慧電力需求激增，中國如何能在核聚變領域超越美國”（How China Could Beat The U.S. To Nuclear Fusion, As AI Power Needs Surge）。
核聚變，這一清潔能源的聖盃。原子相互碰撞，每千克核聚變燃料所產生的能量是傳統核裂變的四倍，更是煤炭燃燒產生能量的四百萬倍。而且核聚變既不會產生溫室氣體，也沒有長期的放射性廢料。
如果一切按計畫進行，它至少會形成一個價值兆美元的市場。
問題在於什麼呢？
目前在宇宙中，唯一能實現核聚變的"發電廠"是恆星。
如今，全球都在競相改變這一現狀。最接近成功的是2022年美國加利福尼亞州的國家點火裝置（National Ignition Facility），它實現了短暫但關鍵的淨正能量核聚變時刻。儘管美國在這一領域領先了數十年，但中國正在迎頭趕上，建設速度更快，投入的資金是美國的兩倍，力求在核聚變領域超越美國。
如果你關注人工智慧，如果你關注能源領域的領先地位，那你就必須對核聚變進行投資。如果美國在這方面不佔領先地位，那麼中國就會佔據。
最新的衛星圖像顯示，中國正在迅速建設一個巨大的新型雷射核聚變基地，其規模是加利福尼亞州實驗室的兩倍。今年，中國另一個由國家資助的大型核聚變項目已經啟動，還有一個項目計畫於2027年啟動。
而此時，美國只是對現有的裝置進行了升級，其中一些裝置已經使用了30多年。
按照這個速度，有人說中國可能在三到四年內超越美國。
作為一個西方人，我感到憂慮。我希望確保我們能夠成功。
一些參議員和核聚變專家發佈的一份新報告呼籲提供100億美元的聯邦資金，以避免核聚變重蹈電動汽車電池和太陽能的覆轍。
所以目前，這是一場中國由國家支援的核聚變項目與私營初創企業之間的競賽。這些私營初創企業絕大多數都設在美國，比如赫利昂（Helion）公司，它從像OpenAI的山姆·奧特曼（Sam Altman）這樣的投資者那裡獲得了10億美元的資金，並與微軟達成了一項極具野心的協議，承諾在2028年將核聚變產生的電力接入電網。
到2028年，美國不會有任何新的核裂變發電廠，更不用說核聚變發電廠了。
Google支援的TAE技術公司籌集了12億美元。聯邦核聚變系統公司（Commonwealth Fusion Systems）籌集的資金最多，從比爾·蓋茲（Bill Gates）、傑夫·貝索斯（Jeff Bezos）和Google等投資者那裡獲得了近20億美元。
你不能只是把這件事往後推，然後說："嗯，核聚變是什麼？我們不知道正在發生什麼。"但這一切正在中國發生。
我們與美國三家最大的核聚變初創企業以及核聚變專家進行了交流，以瞭解其中的利害關係，並詢問他們針對中國在商業、無限、清潔能源的競爭中取得進展採取了那些措施。
美國的核能起源
在美國本土，距離事發地6英里遠的唯一一台攝影機在黑夜中記錄下了這一歷史性時刻。
美國在80年前首次利用核反應，1945年用其製造了投放在廣島和長崎的原子彈。
這些原子彈利用的是原子分裂時產生的能量——核裂變，這種能量後來被用於核電站，以及最近出現的小型模組化反應堆（SMRs）。亞馬遜和Google等公司對小型模組化反應堆進行了大量投資，將其作為為人工智慧資料中心供電的一種方式。
人工智慧的蓬勃發展有些出乎意料，當人們意識到其所需的巨大電量時，這一點變得尤為明顯。
雖然美國仍然擁有最多的在運核電站，但中國現在在新建核電項目方面佔據主導地位。
儘管中國在這項技術上比美國晚了近40年才動工建設第一座反應堆，但如今中國正在建設的核裂變發電廠數量遠超其他任何國家。
中國在21世紀初加入了核聚變的競賽，比美國晚了大約50年。當時，中國與美國以及其他約32個國家一起，參與了位於法國的國際熱核聚變實驗堆（ITER）這一大型項目的合作。
但從那以後，中國培養的電漿體物理學家和核聚變科學家數量遠遠超過了美國大學培養的人數。
我們知道，他們的進展速度比美國政府的項目要快。
核聚變的首次大規模應用是1952年美國的一次氫彈試驗。
但在那之後的70年裡，科學家們一直努力嘗試獲取比用於加熱和維持核聚變燃料所需能量更多的能量。
核聚變是包括太陽在內的恆星產生能量的方式。核聚變的燃料是氫，與核裂變使用的重且稀缺的鈾相比，氫是一種輕且豐富的元素。
當氫原子達到足夠高的溫度，高達2.7億攝氏度，是太陽溫度的10倍時，壓力會使它們融合在一起，形成一種被稱為電漿體的超高溫氣體。
當它們融合時，會產生氦，並在這個過程中損失一些質量，這些質量可以轉化為大量的能量。
但電漿體很難控制。
它會對磁場產生反應，這使得"磁約束"核聚變成為可能。在"磁約束"核聚變中，電漿體被懸浮並控制在一個甜甜圈形狀的"托卡馬克"裝置內。在"慣性約束"核聚變中，高能雷射瞄準一顆胡椒粒大小的燃料顆粒，迅速壓縮並使其內爆。
這就是美國在2022年於勞倫斯·利弗莫爾國家點火裝置（NIF）實現歷史性首次核聚變點火——產生淨正能量的方式。
在非常非常短暫的時間內，實際上只有幾納秒，192束雷射，每一束都是世界上最強大的雷射，全部射向一個BB彈大小的小目標。然後，核聚變燃料被點燃，釋放出的能量比輸入到目標的能量還要多。
不過，下一步是要證明可以以一種具有商業可行性的方式實現核聚變。
到目前為止，核聚變需要大量資金來建設大型設施，比如巨大的雷射艙和大型托卡馬克裝置。這就是為什麼一些初創企業正在嘗試控制電漿體的新方法，希望能夠縮小裝置規模。
Zap能源公司通過電漿體發射一道電流。
貝索斯支援的通用核聚變公司（General Fusion）使用蒸汽活塞。
赫利昂公司使用磁脈衝，在一個圓柱體而非托卡馬克裝置中，使電漿體以超過每小時100萬英里的速度相互碰撞。TAE技術公司使用了不同的燃料和粒子束。
如果有人放棄了這種無限能源，它可能會影響到你能想到的一切，從醫療保健到食物和水的獲取，最主要的是生活質量，所有這一切。我認為，如果這種能源落入錯誤的人手中（wrong hands，注意留言也都是嘲諷這一詞的使用），那將是一個可怕的想法。
資金、規模與速度
但在政府支援方面，中國遠遠領先。
美國能源部估計，據報導，中國每年在核聚變研究上投入15億美元，而在過去幾年裡，美國聯邦政府對核聚變的年均投入約為8億美元。
美國能源部表示，2023年，中國在核聚變方面的投資超過了其他所有國家的總和。它的體系以不透明著稱，作為局外人很難瞭解其內部情況。
我們目前知道的一件事是：目前，反應堆規模越大，就越能有效地加熱和約束電漿體，因此實現淨正能量的可能性就越高。
中國最新的核聚變項目規模巨大。
衛星圖像顯示，2024年中國迅速建成了四個雷射艙，它們都對準一個用於發生核聚變反應的安全殼穹頂。
僅這個穹頂的大小就大致相當於一個足球場，大約是美國雷射核聚變項目——國家點火裝置（NIF）的兩倍大。
核聚變產業協會負責人安德魯·霍蘭德（Andrew Holland）表示，這很可能是一個核聚變-核裂變混合項目。
核聚變-核裂變混合項目，本質上就像是複製一顆炸彈，但把它作為一個發電廠。
在美國這樣有監管制度來確保安全的地方，這種項目永遠不會被允許實施。但是，在中國這樣的體制下，如果政府說我們要做這件事，那麼不管住在隔壁的人怎麼說，都會去做。
中國現有的國家托卡馬克項目——東方超環（EAST）一直在創造記錄。在過去幾個月裡，它與法國的國家項目"西方超環"（WEST）競相實現了反應堆內電漿體的最長約束時間，儘管這一里程碑的意義不如實現淨正能量那麼重大。
那麼，中國是如何在一項由美國率先開發的技術上取得突破的呢？
在計畫經濟體制下，只要政府決定將某件事列為優先事項，相關工作的推進速度就會更快。但這是否意味著質量也會更好呢？
蘇聯建造的東西有比我們更好的嗎？絕對沒有。
但他們的建造速度更快，數量更多嗎？是的，絕對是這樣。
中國有什麼捷徑嗎？中國以複製美國技術而聞名。
美國曾制定了一項戰略，在川普第一屆政府期間於2020年完成。但國會沒有採取任何行動來投入資金實施這一戰略。
我們公佈了這個計畫，然後中國人就去按照這個計畫建造了，這就是"清潔能源研究先進創新融合技術"（CRAFT）計畫，本質上就是美國的計畫。
"清潔能源研究先進創新融合技術"（CRAFT）項目位於中國東部，佔地100英畝，耗資7億美元，預計今年完工。
一個由國家資助的名為"百兆瓦級超導托卡馬克核聚變裝置"（BEST）的新型托卡馬克裝置預計將於2027年完工。
美國核聚變初創企業赫利昂公司還表示，中國的一些較小的核聚變項目正在抄襲其專利設計。
實際上，有三個不同的團隊正在做與赫利昂公司已獲專利的技術非常相似的事情。
他們使用這些專利的示意圖和設計，試圖直接進行複製。
在中國迅速建設核聚變項目的同時，美國的國家項目仍在使用已經運行了數十年的現有裝置。
建造新的設施會吸引更多的人。這很令人興奮，對吧？你從事的是前沿的工作。
從某種程度上說，沒有人願意在老舊的裝置上工作，這樣就會出現一定程度的人才流失，不是嗎？
川普總統在其第一個任期內加大了對核能（包括核聚變）的支援力度，拜登政府時期這一支援得以延續。
在川普的第二個任期內，鑑於大規模的聯邦政府裁員，核聚變資金的情況尚不明朗。但在21世紀初，對國核心聚變研究的預算削減迫使美國的大學停止了新裝置的研發工作，並派遣研究人員到包括中國在內的其他國家的裝置上學習。
我們沒有建造自己的新裝置，而是去中國幫助他們建造裝置，當時想著："哦，那會很棒。他們會擁有這些設施，我們會變得很聰明，我們會從中學習，而我們自己不需要有任何設施。"嗯，那是一個巨大的錯誤。
根據一份報告，中國現在擁有的核聚變專利數量比其他任何國家都多，是美國的10倍。
中國在核聚變科學與工程領域的博士數量也是美國的10倍。
西方的勞動力資源有限，所有公司都在爭奪這些資源。
這是一個根本性的制約因素。
快速建設核聚變項目還需要大量的材料。
因此，中國正試圖壟斷供應鏈，這與中國在太陽能和電動汽車電池領域佔據主導地位的策略類似。
中國在先進材料研發方面的投資速度是美國的10倍。
這是我們必須改變的現狀。這些材料包括核聚變裝置的第一壁內層、用於約束核聚變燃料和核聚變電漿體的高功率磁鐵等。
中國還在為電容器和功率半導體等必需品鞏固市場。
我們已經投入運行的"北極星"第七代系統，其時間進度完全取決於半導體。我們實際上是從海外購買這些半導體，然後把它們帶到美國，安裝好，用來運行核聚變系統。
總部位於上海的能源奇點公司（Energy Singularity）告訴美國消費者新聞與商業頻道（CNBC），"中國高效的供應鏈"是一個主要優勢。
該公司表示，今年6月，在開始設計其托卡馬克裝置僅兩年後，就以創紀錄的時間成功產生了電漿體。
私營部門的力量
儘管如此，美國在一個主要領域仍領先於中國：私營部門，而且美國的私營部門正在蓬勃發展。
核聚變產業協會的40家私營公司中，霍蘭德表示，其中25家位於美國。
自2021年5月核聚變產業協會成立以來，我認為全球對私營公司的投資約為12億美元。而如今，我們可以說這一數字已經遠遠超過了80億美元。其中約60億美元投資於美國公司。
2018年從麻省理工學院（MIT）剝離出來的聯邦核聚變系統公司（Commonwealth Fusion Systems）是最有可能率先實現商業核聚變的公司。
大約在2027年，其"麻雀"（SPARC）托卡馬克裝置計畫使用超導磁鐵實現淨正能量輸出。其輸出功率大約是輸入功率的10倍，達到約100兆瓦。
這是前所未有的成就。這些條件構成了一個發電廠的基礎，即聯邦核聚變系統公司的下一個項目：計畫在弗吉尼亞州建造一個400兆瓦的核聚變發電廠，名為"北極星"（ARC）。
而且不僅僅是美國有私營核聚變企業。
傑夫·貝索斯和微軟正在支援加拿大的通用核聚變公司（General Fusion）。歐洲、印度和日本也分佈著一些核聚變初創企業。
這些國家中的大多數，加上中國和俄羅斯，也都在參與國際熱核聚變實驗堆（ITER）項目的合作。
但該項目遭遇了重大延誤，修訂後的時間線顯示其將於2039年或更晚才能完工，遠遠晚於美國初創企業聲稱它們將實現的目標時間。
美國初創企業表示，它們將在2028年首次將電力接入電網，在21世紀30年代初實現大規模供電。時間大概在這個十年末或21世紀30年代初的某個時候。
但問題仍然存在：中國是否能更早實現這一目標呢？
在我看來，中國目前的發展路徑並不是能率先實現商業核聚變的路徑。我擔心的是，即使美國率先實現了商業核聚變，中國也可能在後續大量跟進。我希望確保我們能夠進行測試，不斷迭代和發展這項技術。
即使第一批商業核聚變設施可能出現在美國，我認為我們也不應該因此而感到自滿。
我們實際上應該考慮建立一個可持續的系統。終點實際上是一個成熟的核聚變產業，能夠生產出供世界各地使用的產品，包括為人工智慧資料中心供電。
核聚變是未來所必需的。我們不能只是空談，而應該真正付諸行動，開始建設。每個人都應該儘可能快地朝此方向努力。
來源：
How China Could Beat The U.S. To Nuclear Fusion, As AI Power Needs Surge
https://www.youtube.com/watch?v=nyn0HUqluVM&t=154s (歌伶的智富瓜田)