首届“创新型核聚变路径国际会议”在中国西安举办。图片来源：红星新闻
它被已故著名物理学家霍金，称之为人类最有前景的科技；在它的背后，有着一项当今世界上规模最大的大科学工程国际科研合作专案，建造所需时间超过30年，耗资预计达230亿美元；众多科技大佬、亿万富翁都是它的粉丝拥趸，不吝重金投资研发，其中包括比尔·盖茨、亚马逊CEO杰夫·贝佐斯、微软联合创始人保罗·艾伦……背后的名字还有很多，而这项被众星捧月的研究领域便是——核聚变。
数十年来，研究和开发核聚变能源主要是由各国-主导。但在许多人看来，大型核聚变装置建造时间太长、造价昂贵，且进展缓慢。这让民间的高手们坐不住了，几年来，越来越多聪明的“普罗米修斯”们踏入核聚变圈前来“盗火”，这些私营企业们的共同目标便是，打造出世界第一座商业化的核聚变发电站。
5月末，一场特殊的会议在中国西安由此拉开了序幕。这场由西安交通大学举办的首届“创新型核聚变路径国际会议”，着重探讨了当前各位“高手”们在核聚变上的创新探索，此议题吸引了国内外20多个科研机构和私营企业的参加。
私企入局，将会对整个行业造成怎样的影响？
牵挂“人造太阳”
微软联合创始人去世前投资核聚变研究
核聚变，是太阳和恒星背后的能量来源。长期以来，它一直被视为是一种取之不尽、用之不竭的清洁安全能源选项。在人们看来，它不仅可以为未来发电厂提供源源不断的动力，甚至还能将人类送到外星球。
和传统核能的获取方式核裂变不同，核聚变是较轻的原子核聚合在一起、结合成较重原子核的过程，从而释放巨大能量，而且相比核裂变，核聚变不会产生放射性的核废料。
国际原子能机构（IAEA）核聚变物理学家Sehila M.Gonzalez de Vicente介绍称，当前的核聚变探索型别，大致可分为四类，“包括学术研究、重点方案和支援设施、大型专案，以及小型紧凑专案（compact projects）。”作为此次国际会议中的嘉宾以及核聚变领域中少有的女物理学家，Sehila的出现无疑成为会场上难得的一抹亮色。她补充说，除了第四种外，前三种均是由-支援。
的确，由于核聚变反应需要极高热量和压力，多年来核聚变研究一直都是大科学的专属领域。
其中最出名的就是由35个国家参与合作的ITER专案（国际热核聚变反应堆计划）。据新华网报道，2006年，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯及美国七方共30多个国家共同启动了这一ITER计划，是为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划，目的是建造托卡马克型聚变实验堆，为以后核聚变发电站的可行性进行验证。
ITER工作进展。图据《西雅图时报》
微软联合创始人保罗·艾伦在2018年去世前不久，终于满足了自己的一个愿望：参观位于法国南部、占地100公顷的ITER专案。他说自己想亲眼看看，“地球上人造太阳诞生”的前期工作。
艾伦不仅只是看了看，他还选择了重金投资。其投资的物件，是世界上首个对核聚变进行研究的私营专案“三阿尔法能源”（Tri-Alpha Energy或TAE科技公司）。这家位于美国加州的公司，已在创新型聚变方面探索了20年。
回报周期或达数十年
为何还要投这笔“耐心之钱”？
如今，越来越多的私营企业加入这一领域。据BBC报道，全球目前有超过25家企业正在朝着这一“圣杯”技术目标努力，其中包括此次参会的美国公司HyperJet联合创始人兼首席科学家Francis Thio教授。
身为一名华裔，Thio教授有许多标签。他曾在美国能源部（DOE）聚变局当任专案主管，也曾在美国宇航局（NASA）担任过聚变推动领导，是一名理论、计算和实验物理学家，其工作过的领域众多，包括核聚变、等离子体、空间推进、电磁发射、地球物理等。在核聚变领域，他是等离子体套筒压缩磁惯性聚变（PJMIF）概念的提出者。
PJMIF是一种利用多（几百）束高速（~100km/s）喷射的高z等离子体压缩磁化等离子体靶，以大幅提高等离子体引数实现聚变的方法，目标等离子体密度将达到1027m-3，介于磁约束聚变和惯性约束聚变之间，是一种新型的实现聚变的中间路线，具有结构相对简单、成本相对低廉的优势，当然压缩过程中的不稳定性是需要解决的一个重要问题。
坐在会场外，一身白色衬衣、黑色商务西装外套打扮的Thio教授，言谈间难掩其学术风范。
Francis Thio教授接受红星新闻采访 图片来源：红星新闻
与其他投资不同，核聚变由于其技术难度和成本高企等原因，有可能需要数年甚至数十年才可能实现。对投资者而言，这毫无疑问是场长期的“赌注”。FrancisThio教授称，这便是“耐心之钱”（patience money），考虑到核聚变的巨大前景，这类投资非常值得。
Francis Thio教授先给红星新闻记者快速算了一笔经济账。
据Francis Thio介绍，到2040年时全球人口对能源的需求大约是4.5TW（太瓦，1太瓦等于1012瓦特）。若想满足此需求，则需要4500座装机容量为1GW（吉瓦，1吉瓦等于10⁹瓦特）的发电站，而每建造一个这样的发电站，大约需要耗费20亿-30亿美元，4500个这样的发电站，则需要9万亿-12万亿美元（9T-12T，T代表trillion）。
“如果每年用核聚变反应堆发电取代整个市场份额中的3%，”Thio教授计算到，那么每年核聚变反应堆所占据的市场份额将会是9万亿美元×3%，即2700亿美元。
“如果按照每年取代4500座发电站的3%来计算，”Thio教授称，那么135个核电站，仍是按照建造费用为20亿美元一座来计算的话，得出结果仍是2700亿美元。因此，“这里的市场十分巨大。”
虽然耗时较长，且具有一定的不确定性，但巨大的市场前景，现代版核聚变路径成本的减少，以及核聚变能源科学巨大的知识及技术基础，使得投资风险和潜在回报与核聚变私营企业的发展相匹配。
“这和制药行业有点像，”Thio教授向红星新闻记者介绍道，在商业化开发新药时，“同样需要很多年才能研发出来，而且成本昂贵，”一旦这种“奇迹般”的新药被开发出来以后，它的市场规模也将是极为巨大的。
站在巨人肩膀上
技术进步与资金投入令私企崛起
Hyperjet公司，只是核聚变产业协会（Fusion Industry Association）18名成员中的一员。该协会是一个为致力于实现商业化核聚变的私营企业而设立的组织。
协会旗下最为雄心勃勃的初创企业，当属2017年由6名麻省理工学院（MIT）教授联合创立的“联邦核聚变系统”（Commonwealth Fusion Systems）公司。2018年3月，该公司便从意大利埃尼集团（Eni）筹集到5000万美元的资金。同年，它还得到了“突破能源基金”（BEV）一笔数目不详的投资。而这家基金公司背后的支持者们，包括比尔·盖茨（微软创始人），杰夫·贝佐斯（亚马逊创始人），理查德·布兰森（维珍集团创始人）和马克·扎克伯格（Facebook创始人）等亿万富翁。得到大佬们加注的该公司十分自信，称可以在2025年制造出所谓的“净能源反应堆”原型。
MIT教授所创公司的紧凑型聚变实验装置SPARC。图据美国NBC
这些初创企业要做的，是找到一种方式实现可持续性的核聚变反应——这一目标至今仍未有人做到。两个由-主导的研究设施，一个是耗资4.38亿美元的欧洲联合环形加速器（简称JET），如今只实现了短暂的核能量爆发；而更为巨大的ITER专案，据估计总耗资将会超过230亿美元，如今仍在建设中。
相比JET和ITER，私企的规模和耗资要小得多。美国NBC报道称，这要得益于新材料、更强大的电脑、新科技如3D打印技术（可以更快更便宜地生产零件）和可优化反应堆效能的数控系统的出现，由-主导的大专案在设计之时，这些新科技都还没有出现。
对此，核聚变产业协会执行理事安德鲁·霍兰德也表示赞同。他告诉红星新闻记者，过去几年里，是快速的技术进步，以及前所未有的私人资本的投入，令私企们在朝着商业化核聚变发电的方向努力，他们的共同目标，是尽快开发出经济上可行的核聚变能源。
“私企的目的，是简化通往核聚变发电站的道路，但与此同时，他们也和-支援的核聚变大科学专案进行合作。”
“这些私企的崛起，是建立在-数十年对核聚变的研究基础上，”霍兰德称，“他们所能做的一切，都是站在巨人的肩膀上。”
核聚变行业已处于爆发式增长起点
人类如何才能实现“逐日”梦想？
虽然最后目标一致，但实现的路径却各有不同。
私企入局，还带来了几种不同的可控核聚变方法和设计理念，比如HyperJet公司所提出的等离子体套筒压缩磁惯性聚变（PJMIF），而MIT教授们所建立公司“联邦核聚变系统”，所采取的方式是利用超导电磁铁设计并建设一个紧凑型聚变实验装置SPARC。
正所谓“船小好调头”。IAEA的核物理学家Sehila称，由私企主导的紧凑型专案更为灵活，可快速适应新技术和新发现，且成本较小。
尽管商业化核聚变的实现之路可能比预期更长，但在此过程中的许多创新发明本身就是一笔巨大的财富。相关研究企业已经开始申请专利来保护他们的发明，包括可以模拟等离子体在1.5亿摄氏度下燃烧的软件，以及一款在保健领域有应用前景的新型磁铁等。
“就像太空探索专案一样，”Francis Thio教授说道，核聚变研究一直是等离子体、材料和计算科学及技术的前沿科技，因此开发过程中会有许多副产品，比如PJMIF中的等离子体射流技术，就可以应用于3D打印技术领域。
但除了优势之外，私企们也面临各种挑战。
作为此次会议的嘉宾之一，在美国能源部高阶能源研究计划署（ARPA-E）的专案主任斯科特·舒（Scott Hsu）博士认为，最大的挑战是实现净能量输出的科技挑战，此外，寻找资源来支援一条更为积极和及时的核聚变发展路径，也是一种挑战。据悉，ARPA-E隶属于美国能源部，旨在资助研发那些可引入市场的高风险能源技术。
而在Francis Thio教授看来，小公司所面临的最大挑战，当然是“钱”。他笑着说道，初创企业最需要的就是寻找潜在投资者，因为通常他们没有渠道或资源去和潜在投资者接洽。
国际原子能机构（IAEA）核聚变物理学家Sehila M.Gonzalez de Vicente。主办方供图
纵观整个核聚变行业的发展，Sehila告诉红星新闻记者，在她个人看来，在经过几十年的研究后，它已经度过初始阶段，当前正处在呈指数级爆发式增长的起点。她预测，在未来十年内，核聚变将会取得巨大进展。
不论-主导，还是私企发力，在Sehila看来，“核聚变产业中各方所积累的知识，应当惠及全球发展。所有不同路径都在产出有用资讯。”她强调，“应通过国际合作来优化工作，对于复杂和造价昂贵的专案更需要协调处理。”
不管是谁最先开发出核聚变反应堆，私企也好，-主导的专案也罢，Sehila认为都是好事，“因为核聚变是为整个人类（造福的），越快实现越好。”
虽然无法预测人类究竟如何才能实现这一终极目标，但Sehila称，行业内及国际间的相互合作，是实现这一梦想的关键一环。
红星新闻记者 王雅林 发自西安
编辑 张寻
