今年1月，“一剑一堆”成为国内硬科技界的开年热词。
“一剑”是指强流直线等离子体装置“赤霄”，由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所研制，得名于中国古代十大名剑之一的赤霄剑，是一把实打实的“光剑”。1月14日，“赤霄”全面建成并投入运行，为核聚变装置材料研发打通了“任督二脉”。不到一周后，1月20日，位于合肥的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），也就是“一堆”所指的聚变实验堆，实现了超1亿摄氏度、1066秒稳态运行，刷新世界纪录。
有“人造太阳”之称的托卡马克装置，旨在模拟太阳产生能量的原理，在地球上实现可控核聚变，从而产生大量清洁能源。近年来，国内核聚变研究从基础科研逐步迈向工程实践，除了“国家队”的大科学装置外，核聚变企业也带着各种小巧灵动的自研装置“加入战场”，国内商业核聚变领域规模初具。
去年7月，聚变行业协会FIA发布《2024年全球聚变行业报告》，调研了全球最重要的45家核聚变商业企业。在35家受访回复的企业中，最乐观的3家认为2030年前其可以实现聚变电力上网。国内企业星环聚能是受访企业之一，其创始人、CEO陈锐虽然不是最激进的那一派，但仍认为到2030年左右，至少会有一些商业化聚变公司能够制造出聚变示范电站。
星环聚能创始人、CEO陈锐。图/受访者提供
陈锐2003年本科毕业于清华大学工程物理系，后获悉尼大学经济学博士，2014年起在中央财经大学金融学院任教。2021年，他和本科同学一起创立星环聚能，旨在通过技术创新，将可控核聚变技术商业化，提供清洁能源的解决方案。国内商业核聚变发展得如何了？星环聚能度过了怎样的2024年？
以下是陈锐的自述：
“烧开水”的新姿势
2024年，我们最有成就感的一件事，是从无到有组建了一支分工明确的高温超导磁体研发团队，并进行了全面的工艺验证和实验测试工作。
在聚变反应堆中，超导磁体用于产生稳定磁场，约束等离子体，是重要的部件。可控聚变装置的本质是“烧开水”，将聚变燃料也就是等离子体，加热到极高的温度以实现聚变反应。
2023年初，我们就开始与高温超导方面的专家交流，联合研发磁体，同时与产业链和供应商沟通，开始组建人才队伍。高温超导团队目前超10人，搭建了一套完整的高温超导磁体设计、仿真、制造、测试流程，同时能与其他工程部门合作，进行全产业链级的研发。2024年初，星环聚能成功研制出一款高温超导磁体，目前，已带来超千万元级的收入。
当然，过程是困难的，最大的波折是人员分工。高温超导技术人才习惯了项目组的工作方式，也就是全程参与磁体的设计和实验。但这种模式适合小团队独立磁体的集中研发，核聚变装置所需磁体工艺复杂，需要多系统、多专业合作，多人同时开展多个项目，这对团队组织和项目管理提出了巨大的挑战。
在高压下，团队持续不断的工程创新令我印象深刻。针对等离子体温度、电压、磁场等信号，行业内普遍使用几组不同的设备，部署、维护和后期数据处理极为麻烦。星环聚能电子部门研制了一套诊断系统，以单台设备解决了多需求场景，信号质量和稳定性大幅提升，极大提升了高温超导磁体的测试效率。
而磁体只是整个聚变堆的一部分。许多企业都面临着系统工程方面的挑战。对于核聚变的“烧开水”而言，传统的“微波炉式”加热方法虽然有效，但成本高昂，几乎能让整套装置的造价翻倍，并且能量损失大，聚变难以产生稳定的净能量输出。
由清华大学设计，星环聚能与清华大学共同建设的SUNIST-2聚变实验装置。图/受访者提供
星环聚能走的路线是磁重联加热。在托卡马克装置中，等离子体流会产生磁能，这部分磁能可以通过磁重联过程转化为等离子体的动能，进而实现加热。也就是说，等离子体通过内部的“自摩擦”提高温度，提高了能量转化效率，也就更可能实现净能量输出。
我们的目标是快速、经济地实现聚变能。在技术方案积累的基础上，星环聚能目前已基本完成了第二步，即初步工程验证。2023年，我们验证了重复重联方案的稳定运行，一些指标达到国际领先水平。我们已开始走出第三步，也就是彻底验证工程的可行性，为建造下一代聚变验证装置CTRFR-1做好准备。
2018年，我们提出磁重联构想时，还不知道这和美国的Helion公司“撞型”了。这家美国公司成立于2013年，也采用磁重联技术。2024年底，Helion公司的投资人之一、OpenAI CEO萨姆·奥尔特曼透露，Helion将“很快”演示净能量增益核聚变。Helion一直都是一家非常激进的公司，称在2028年前就实现这一目标，并且还和微软公司签了对赌协议。虽然我对这一表态持审慎态度，但我们所选择的加热方式的确具备极高的经济优势。
在可控核聚变的工程化竞速中，国内外可以说是平行并跑。目前拼的是谁能更好、更快，以更具性价比的方式落地。中国在这方面是有优势的，因为我们具备完善的产业链、强大的工程落地能力以及大量电子、机械、AI领域人才。国外领跑研发的惯性思维该打破了。
星环聚能SUNIST-2装置现场。图/受访者提供
不再是永远的50年
以前，大家普遍认为可控核聚变只能靠举国之力，甚至国际联合才有能力做，比如国际热核聚变实验堆ITER项目。但在过去几年间，由于高温超导技术进步、AI的引入以及聚变本身的工程化推进，可控核聚变得以高速迭代，商业公司也能介入其中。
商业核聚变看上去和商业航天有点像，讲述着一个星辰大海的故事，但短期内实现规模化收入的可能性并不大。核聚变是一个长周期的事业，但我们不能只靠情怀，也要给投资人看到回报的希望。
就星环聚能而言，我们目前装置的造价在1亿元左右，制造下一代装置的预算大约为10亿元。企业自身如何提升造血能力，对外如何吸引更多投资，是未来亟待攻克的难题。
大家都说2024年难，难就难在全球经济形势的不确定性增加，商业化落地需要逆势而为。对企业来说，融资和市场拓展愈发艰难，因此大家都在积极找寻获取经济收益的出路。衍生品是个不错的方向。我前面提到的等离子体诊断系统，同行专家了解后非常感兴趣，积极与我们沟通，快速达成了一些采购协议，产品订单可达百万元级别。这是一个令人振奋的信号，意味着专业分工模式能够走通，阶段性成果也能产生收益。这也是2024年给我的最大惊喜。
在可控核聚变领域，有一个颇为有意思的“50年定律”，在任何历史节点，提起可控核聚变实现的时间，永远都是“未来50年”。在20世纪五六十年代，氢弹的成功爆炸让人们对于可控核聚变的实现充满信心，可控核聚变的研发热潮爆发。但人们很快意识到，可控核聚变理论成功，工程化困难，突破性进展很少。久而久之，“50年定律”深入人心。
不过，情况正在改变。星环聚能将于2027年底或2028年初开始进行商业示范堆的建设，3—5年内完成，目标是在2030年左右展示一个可输出电能的聚变反应堆。十年内看到可控核聚变的关键突破，已不再是天方夜谭。
当然，这只是证明我们可以利用聚变反应来发电，和完全的商业化还有距离。虽然在国家提出新质生产力后，社会对硬科技的关注整体有所提升，但核聚变行业仍然相对“冷门”。我们仍在推进第三轮融资，一旦资金到位，将立刻着手CTRFR-1装置的建设。
目前，CTRFR-1正处于研发的关键时期，其目标十分严苛，需要将等离子体加热到1亿摄氏度，并实现稳定约束。这个温度是氘氚聚变发生的反应温度，如果能达到，意味着我们证明了方案在工程上的可行性，期待“50年定律”能被“十年之约”彻底颠覆。
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