如果要給核聚變商業發電列出時間表，你認為會是在哪一年？

去年，美國聚變能源工業聯盟向40家核聚變公司提出了這一問題。有6家企業給出了2030年之前的回答，20家企業認為會在2030-2035年之間。

比如，美國Helion公司給出的答案是2028年，它與微軟簽署了對賭協議，2028年將以1美分一度電的價格，向微軟提供50兆瓦的供電。另一家美國公司Commonwealth Fusion System（CFS）則計劃在2030年代早期完成第一座聚變電站ARC的建設，實現商業發電可能還得向后推遲幾年。

我把同樣的問題拋給了瀚海聚能的CEO項江。他回答說，“Helion公司2028年的計劃非常激進，但主流觀點2035年前后實現商業化發電是可能的。”

項江，2022年底創辦了核聚變公司“瀚海聚能”。在創業之前，他先后在中國科技大學、某核物理研究院從事了20余年核聚變研究，參與過磁約束聚變裝置托卡馬克、激光慣性約束核聚變等項目課題。

不過這次創業，項江打算摒棄上述兩條技術路線，選擇建設一座直線型的核聚變裝置。“大家都低估了托卡馬克的難度和成本”他向我說道，而“場反位形直線型裝置”——一種成本更低、體積更小、能量密度更高的技術方案，將更有可能實現核聚變商業化應用。

今年上半年，瀚海聚能完成了5000萬元的天使輪融資，投資方包括華映資本、奇績創壇、輕舟資本、厚實資本。資金用于線性裝置物理及工程設計，是瀚海聚能邁向商業化發電的第一步。

正被點燃的核聚變：43家公司融了62億美元

世界上的第一家可控核聚變公司Princeton Fusion Systems成立于1992年。直到2017年，全世界的商業核聚變公司也只有14家，平均每年誕生0.5家。

但自2018年開始，商業核聚變公司呈現出快速增長的趨勢。這一年全球成立了5家相關公司，2019年成立了7家，2021年成立了6家公司，2022成立了9家。截至2023年底，全球已有43家商業核聚變企業。其中美國公司多達25家。

這43家公司累計獲得了超過62億美元的融資。其中2018年成立的Commonwealth Fusion System（CFS）在2021年的C輪融資中就一口氣募了18億美元，創下了商業核聚變公司單筆融資之最。

一時間，好像所有的商界大佬和頂級機構都在關注這一賽道。比爾·蓋茨投資了CFS、Type One Energy；貝索斯投資了加拿大公司General Fusion；騰訊投資了英國公司First Light Fusion；山姆·奧特曼投資了Helion。此外，谷歌、淡馬錫、老虎環球基金、雪弗龍都是重要的投資者。

中國市場的發展速度也比想象中更快。

國內創業者/企業家已經創辦了5家商業核聚變公司，分別是位于上海的能量奇點、合肥的聚變新能、西安的星環聚能，上市公司新奧旗下的核聚變項目，和項江創辦的成都核聚變公司瀚海聚能。

圖片來源：投中網整理

項江，1996年進入中國科技大學等離子體專業學習，先后獲得本科、碩士和博士學位，研究課題一直是磁約束聚變裝置托卡馬克。2006年博士畢業后，進入某核物理研究院從事激光慣性約束核聚變研究。在2018年離職前，他已經與核聚變打了20余年的交道。

項江說，最讓他感到震撼的，是核聚變的商業化從少有人問津到產業加速，僅僅是最近兩年發生的事。在2018年他剛剛辭職時，還想不到核聚變這項浩大的科學工程，竟然能夠被這么多創業者和投資人相中。

太快了。這可能不僅是他的感受，也是所有人的看法。“永遠是下一個50年”的技術好像正離我們越來越近。

時間倒回到2018年，項江告別科研。

當時，科大訊飛、國盾量子、寒武紀等中科大系的創業公司，在不斷刷新融資記錄登陸資本市場，“以前搞科研的投身創業非常少，但現在這群人實現自身價值的方式更加多元化了。”項江離職前夕也在考慮如何創業。

2018年他離開體制后，先是加入到國盾量子，后又回到中科大做科技成果轉化服務。直到2022年初，兩則消息的出現才讓他找準了方向。

2022年2月，國內第一家核聚變公司能量奇點曝出天使輪融資近4億的消息；一個月后，另一家公司星環聚能開始路演。

這兩條消息讓他備受震撼，“核聚變是一項極端復雜的大科學工程，商業公司能夠在這上面創業完全出乎了我的意料。”

于是在2022年12月31日，項江在成都創立了瀚海聚能。這是全國第四家商業核聚變公司。

托卡馬克，并非唯一答案

如果要問瀚海聚能與其他公司有何不同，那就是項江沒有選擇主流的技術路線托卡馬克——也就是我們俗稱的“甜甜圈”磁場構型，而是選擇建設一座直線型的核聚變裝置。

1958年，蘇聯科學家阿奇莫維奇設計建造了第一臺托卡馬克T-1裝置。在經過兩次升級改造之后，阿奇莫維奇向外宣布，T-3產生了1000萬度等離子體。這遠遠超過其他各種裝置上的參數，此后托卡馬克就逐漸成為世界各國研究核聚變的主流選擇。

與此同時，我國也選擇了托卡馬克作為主要研究路線。1993年，中國科學院等離子體物理研究所建成了第一臺HT-7超導托卡馬克裝置。2006年，世界上第一臺全超導托卡馬克裝置東方超環（EAST）首次成功放電。到去年，EAST在122254次實驗中獲得403秒穩態高約束等離子體，創下了運行時間的新紀錄。

毫無疑問，這一技術路線是目前研發歷史最悠久、最成熟、國際合作最深的方案。這也是國內外企業選擇托卡馬克的主要原因。

但項江告訴我，托卡馬克對于商用核聚變公司而言，未必是最優的選擇。他解釋道，托卡馬克是資金門檻最高的技術路線，實驗裝置的建設動輒需要數百億人民幣，商業堆的建設保守估計將達到上千億。

2006年開始建造的國際熱核聚變裝置ITER項目，集合了中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國等主要科技強國，建造成本原計劃為50億美元并用十年建成，但現在投資總額已超過200億歐元（超過1500億人民幣），目前為止依然看不到投入的上限。

“按ITER的建造規模，它設計的是500兆瓦的能量輸出，并網發電的話大概是200兆瓦，但是它的建造成本現在是在1000億人民幣以上，而且還只是一個試驗裝置。按照試驗裝置的規模推算下來，做成一個500兆瓦到1000兆瓦的商業堆，成本就需要2000億到3000億人民幣。”

而且他指出，即使是小型化的托卡馬克投入也不菲。2018年成立的Commonwealth Fusion Systems（CFS），技術路線就是高溫超導小型托卡馬克。目前的融資體量已經超過20億美元（140億人民幣）。未來這家公司要實現商業發電，還需要繼續增加投入。

“如此高昂的建設成本，就難以實現商業上的閉環。”項江算過一筆賬：核聚變的原材料中氘來源于海水中，長遠來看成本幾乎可以忽略不計。電站的建造成本，要看整個裝置的運行周期和成本攤銷。一般一個發電站的運行周期是30到50年，結合它的發電功率就可以算出總共能發多少電、每年的成本攤銷，從而算出它的度電成本。

“托卡馬克裝置肯定可以實現發電目標，但度電成本將高達上萬元/度，這對商業化有什么意義呢？”所以在項江看來，“大家顯然都低估了托卡馬克商業化的難度和成本。”

那有沒有更經濟的技術路線？我問。

“有，場反位形直線型裝置。”項江向我說道。

線性裝置：商業化更優的解決方案？

在介紹場反位形直線型裝置之前，先厘清一個問題：為什么直線型裝置在此前沒有成為主流？

首先，核聚變的原理已經不是秘密：兩個輕原子核（比如氘氚）結合在一起，會釋放巨大能量。但要讓兩個原子核相互碰撞、結合，就必須讓1億攝氏度以上的高溫等離子體保持運行，這樣才能克服原子核之間形成的庫倫排斥力。

反應堆需要將等離子體密封壓縮在一個有限的空間中，防止逃逸，并達到極高的密度，才可能讓原子核頻繁碰撞、持續釋放能量。而“甜甜圈”裝置托卡馬克就是起到這樣的作用：設置一個真空環形通道，在螺線管形磁場的約束下，將1億攝氏度的等離子體維持住。

如果高溫能維持，等離子體能夠保持高密度，核聚變就能可控地持續發生。如果原子核相互碰撞釋放的能量，大于維持高溫以及磁場所需要的能量，就能實現發電凈值輸出。

那么直線型裝置的問題就顯而易見了：它“管不住”等離子體。“直線型路線的原理是在直線形裝置上，通過形成場反位形或磁鏡的方式來約束等離子體。不過這種方法以前存在等離子體逃逸、損失的問題。所以在20世紀并不占優。”項江解釋說。

但近年來隨著新材料、新技術的發展使之成為可能。“比如高溫超導磁體的使用，磁場強度大幅增加，大大提高了約束性能。以及半導體新材料和電子元器件的新發展，在功率電源等方面帶來了很大提升。”

2000年前后，直線型裝置逐漸被一些研究團隊和商業公司驗證。

1998年，美國Tri Alpha Energy（TAE）成立，這家位于美國加州的核聚變公司所采用的路線就是線性裝置。而它的“接棒者”，2013年成立的Helion Energy，也是利用線性裝置來實現商業發電。而且它提出了十分激進的商業化目標：2028年為微軟供電50兆瓦，度電成本將逐漸降低至1千瓦時一美分。

這是什么概念？“美國很多地區的居民用電是 10 美分，在加州可能會是 20 美分，也就是說，一度電一美分，這可比現在所有電力的度電成本都要低。”

瀚海聚能的技術路線就是對標Helion，以場反位形直線型裝置來實現核聚變最終的商業化。

按照項江的計劃，在線性裝置的基礎上建造一個百兆瓦量級的發電站，成本僅為30-50億元，短期內度電成本可以降到和火電的同一水平。相比于托卡馬克實驗裝置建設就需要上百億乃至數百億的投入，這已經大大降低了成本。

那么如此低廉的造價又是如何實現的？

一方面，直線型裝置不用建造許多托卡馬克必須包含的大型昂貴周邊設備，比如大功率加熱系統以及大型冷卻系統等。

另一方面，托卡馬克裝置多部位環環相套，一旦損壞，維修將會是一場大工程。而直線型裝置采用模塊化設計，一旦部件損壞，替換一個新的部件即可。“中間的很多模塊可以復用，比如說電源診斷、控制系統等可以復用到下一代裝置上，下一代裝置只需要把中間的反應室換掉。”

這兩方面決定了直線型裝置開發迭代速度更快。

TAE從公司創立到現在的26年時間里，僅用了12億美元的投資，就迭代5代裝置，目前正在建設第6代裝置。而Helion在2013年-2020年間，融資總額不到1億美元，就將線性裝置迭代到了第7代，“這是托卡馬克裝置難以想象的。”

更快的迭代速度，能夠將工程化問題迅速檢驗，從而又更快地推進了商業化發電。這就不難理解，為什么Helion能夠提出2028年實現供電的激進計劃。

此外，直線型裝置功率密度是托卡馬克類的100-1000倍；而且它的應用場景更為靈活：“可以放在一個20米的空間內，”比一個籃球場的占地面積還要小。再加上核聚變安全無污染的特點，可以放置在社區、醫院等場景中。“如果對大型項目如規模化工廠供電，只需要將多個發電單元進行并聯組合即可。”

拍攝自瀚海聚能辦公室：場反位形直線型裝置模型

工程更簡單、迭代速度更快、能量密度更大，體積更小。這些都大大降低了建造成本。

“托卡馬克也有下降空間，這主要來源于高溫超導磁體的成本降低。但高溫超導磁體也只占它總成本的30%左右，也就是說3000億的建造成本打個七折，依然要上千億投入。而同等功率的線性裝置總成本則是在百億量級之內，還是非常有優勢。”

今年上半年，華映資本、奇績創壇、輕舟資本、厚實資本等向瀚海聚能投資了約5000萬元。這筆融資與同行動輒數億乃至十幾億的天使輪投入相比，確實非常少。“我們也需要大量的投入，但與同行相比成本小得多了。”項江說道。

短期商業化路線：生產中間產品中子源

當然，“便宜”不是打動投資方的唯一原因。

即使能夠以足夠低的成本實現核聚變商業化，依然需要漫長的等待。以2035年為時間節點，一家核聚變公司至少要撐過10年以上顆粒無收的真空期。

在拜訪瀚海聚能之前，我就向幾位熟識的投資人朋友請教過這一問題：你是否會投資一家核聚變公司？這些朋友中不乏專注于早期投資的機構，但大部分都給出了相同的回復：太早了，怎么商業化？

一家商業公司“十幾年光靠融資款來支撐所有的研發，隨時都可能倒掉，對吧？”項江的反問也正中投資人的下懷。

所以在創業之初，項江就規劃了一條商業化路徑。長期來看，發電售電或者向國營電廠提供核聚變整套設備及運營服務，是最終極的商業模式。但在中短期，通過銷售核反應過程中產生的中子，應用于核醫學領域也是可行的。

以放射性治療中的硼中子俘獲療法（BNCT）為例。這是一種基于硼被中子擊中產生裂變反應來殺死癌細胞的醫療技術。醫療機構為患者注射含硼（Boron）藥物，藥物和癌細胞有很強的親和力，并很快聚集在腫瘤細胞內，然后對患者的腫瘤部位進行熱中子（thermal neutrons）照射以殺死癌細胞。這一醫療技術中的“中子”就可以通過核聚變反應堆實現生產。

再以醫用同位素供應為例。醫用同位素是診斷和治療用放射性藥物的生產基礎，但目前我國95%以上的產品都依靠進口，而且醫用同位素大多半衰期短，不能長期儲存，最好即產即用，這導致價格高居不下。但是核聚變反應堆能夠生產30多種放射性核素，可以實現部分國產替代。

這兩個醫療場景大約有千億級市場規模。

而且設計這樣一條核醫學的商業路線并非紙上談兵。

今年3月，廈門弘愛醫院BNCT腫瘤中心，就與美國核聚變公司TAE（就是上述采用直線型裝置的公司）建立了合作。TAE為弘愛醫院建設小型核聚變裝置，提供中子源產品用于癌癥治療，目前雙方的合作已獲得人類臨床實驗許可，即將取得三類醫療器械注冊證。

另一家美國公司MIFTI，在去年底實現了1.5x1012個中子產額，這將極大地推動其在醫用領域的應用。

國內機構也在探索核醫學應用。今年1月，中國核動力院就牽頭投資百億在成都建設全球功率最高的溶液型醫用同位素裂變堆，主要生產碘-131、鉬-99等核素，預計在2028年投產。

上述三家公司/機構的動態，為核聚變提供了階段性商業化方案。而且除了核醫學外，核廢料處置、工業檢測等領域，也可以用到中子源產品。按照項江的商業規劃，瀚海聚能將在2025年上半年建成第一代直線型裝置，并成功放電；明年底著手第二代裝置設計，并完成中子源產品基礎，開啟核醫療等系統的商業化落地。

這無疑是最打動投資方的一點，“ 核聚變商業化落地最樂觀的預測也在10年以上，這是一個漫長的技術方向。國內大部分基金的存續期限都容忍不了那么長的時間。他們規劃的中間產品有機會去實現商業閉環，這一點就非常重要。”輕舟資本董事總經理康建樹向我說道。

核聚變什么時候實現？

2022年底創業，2023年公司開始逐步走入正軌。項江30%的精力花在找錢上，70%的精力花在找人上。好消息是，除了拿到了種子輪和天使輪融資外，已經有多名核聚變領域的著名科學家加入到公司，與核工業西南物理研究院、中國科學技術大學等科研院所的合作也在順利推進中。

另外今年又有一個新熱點，AI 的發展導致巨大的電力缺口，讓行業的進度越來越快。“你看ChatGPT每天的耗電量50萬度，這等于將近2萬戶美國家庭的日耗電量。”所以山姆·奧特曼說，“（AI）激勵我們加大對核聚變的投資。”

那么回到我們開頭的問題，核聚變什么時候將實現呢？

“當社會需要核聚變技術的時候，核聚變就能實現。”蘇聯核物理科學家阿奇莫維奇曾這么說過。顯然，即將到來的“賽博社會”正需要核聚變變為現實。