可控核聚变新方法颠覆预期，第一盏灯即将点燃？

昨天看到一则消息，颠覆了我对可控核聚变未来的预期。一个名不见经传的小初创公司Zap Engergy，正在通过一种全新的方法，既省了钱，又取得了重大突破。一些业内专家和媒体对这个技术评价极高，认为是可控核聚变技术的一个重要里程碑。

现在，Zap Engergy正在努力将这种技术模块化，宣称不久的将来将推向市场。这次突破真的会大大缩短可控核聚变的商业化进程吗？我们来了解一下。

再简单说说什么是可控核聚变/

可控核聚变就是利用太阳内部核聚变的原理，在地球上创造出长久释放的氢核聚变能源，用于造福社会。其实氢弹爆炸就是核聚变的能量，但是不可控的，“轰”的一声就没了，除了战争，不能造福社会。

而可控核聚变就是让这个“轰”的一声瞬间释放的巨大能量，变成慢慢释放，这样就可以发电，在相当长时期得到取之不尽用之不竭的能源。由于这种能源的产生方式类似于太阳，因此俗称人造太阳或人造小太阳。

但太阳核心能够源源不断地持续发生氢核聚变，是因为太阳质量巨大，导致的向心巨大收缩压力下形成的，这个压力达到3000亿个大气压。地球上无法人造出这种压力，就需要比太阳核心1500万度更高的温度，这个温度需要1亿度以上。

这样问题就来了，如何让等离子体加热到1亿度呢？而且地球上最耐热的金属才几千度就融化了，用什么容器将核聚变几万个几千度的等离子体“装住”呢？又如何让这高温的等离子体发出电来呢？这就成可控核聚变需要解决的几大难题。

科学家们弄了几十年，如今终于有点眉目了。解决把核聚变高温等离子体“装住”的方法有三个，即磁约束、惯性约束、重力约束，这几种方法都是非物质约束方法，就是不让高温等离子体碰到容器内壁。

重力约束就是太阳这种方法，地球上做不到，人们就只能从磁约束和惯性约束来想办法了。前苏联科学家早在上世纪50年代就发明了一种叫托卡马克的装置，这种装置是通过线圈在内部产生磁阱，将高温等离子体约束在磁阱里。

世界上磁约束可控核聚变开发现状/

采用托卡马克装置研发可控核聚变技术，是经典的磁约束方法，处于世界主流地位。中国自主研制出非圆截面全超导托卡马克实验装置，简称EAST，目前处于世界领先地位。在试验中，已经取得几项世界领先成就，如7000万度长脉冲高参数等离子体维持运行1056秒，等离温度1.2亿度运行时间达到101秒，实现了1兆安等离子体单溜等。

许多国家，如美、英、日等国的可控核聚变也都取得了进展，都可以产生能量了，但都维持时间太短，而且即便发了点，输出能量还不足。下一步需要解决的主要问题就是，让核聚变的等离子体能够长时间稳定持续燃烧，并且输出的能量要大大高于输入的能量，符号表示就是达到Q=1以上。

这些问题说起来很简单，但做起来谈何容易。因此，世界各路专家大体一致认为，要真正让可控核聚变实现商业化运用，至少还需要30年左右甚至更长时间。

中国也做出了自己的规划，在2025年实现Q=5，并逐步达到Q=10；2030年实现示范工程发电，在Q=5条件下实现200MW发电，初步达到Q=10稳态发电1GW。

从这个计划安排来看，如果能够顺利实现，最早也要到2030年才能在试运行中点亮第一盏灯，真正形成商业发电还要到2050年。

惯性约束可控核聚变开发情况/

所谓惯性约束，就是利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚变反应的一种方法。比较经典的方法是采用高能激光或带电粒子束照射极小的靶丸，导致靶面物质迅速消融并向外猛烈喷射，而喷射的反作用力形成向内传播的冲击波，形成极大的压力将靶丸内的氢同位素氘和氚发生聚变。

这种技术也是早在上世纪六十年代就提出了，前苏联和美国都进行了大量试验，我国自2000年以来，也开始了这项试验，但至今这项技术还没有取得重大突破，都还处于实验室试验阶段。

今年五月，有报道称英国一家叫First Light Fusion的公司另辟蹊径，通过高速弹射技术来引发核聚变。具体是通过两支大型超级空气加速枪，将燃料加速到10~20倍音速，射向嵌入氘燃料芯的小块，形成崩溃冲击波，瞬间压力达到10亿个大气压，导致燃料快以足够高的速度自爆，从而实现核融合反应。

核聚变的高温会将水加热产生蒸气，通过驱动涡轮机带动发电机转为电能，这样就实现了可控核聚变发电。

研发出这种装置是受到海洋枪虾的启发。枪虾又叫鼓虾，身长约5厘米，生活在热带海洋的浅水区。这种虾有一种“黑科技”武器，攻击猎物时会瞬间喷射出一股时速高达100公里的水流，形成一个极小的低压气泡，这个气泡从产生到破裂只需10亿分之一秒，爆破时瞬间温度达到4700度，被这气泡冲击波击中的猎物很难逃过一劫。

由此，First Light Fusio公司开发的高速“气枪”就以“枪虾”命名。据称这种“枪虾”核聚变方式，距离发电理想大大前进了一步，且相比采用昂贵的高能激光发射器，成本低多了。目前该公司计划采用这种技术，在2030年开办一个实验工厂来生产电力。

这完全称得上是一匹黑马，是惯性约束可控核聚变开发方面的一支奇葩，是真正的创新和弯道超车，目前很被看好。

Zap Engergy公司的可控核聚变技术依然是磁约束技术/

根据报道，这家位于西雅图的初创公司开发了一套叫Z-pinch的系统，这套装置采用的是一条与托卡马克装置完全不同的路线，摒弃了托马斯克装置中大量昂贵的磁铁、磁线圈、屏蔽材料，以及为了保护它们需要的复杂网络，只是利用等离子体本身的磁场，将自己约束在一个相对较短的柱子里。

报道采用了一个形象的比喻：将等离子体“钉在”柱子里，并“夹住”它。等离子体本身就是带电的，理论上当然也可以形成磁场和磁阱。报道里只说这种技术叫“剪切轴流技术”，没有更多地披露技术细节。我们也没有必要去深究它，这些是专业人员的事情。

我们现在知道的是，这项技术已经成功了，并且在500千安培电流下进行了演示。Zap Engergy的首席技术官表示，这套装置叫FuZE-Q，是第四代Z-pinch设备，下一代将设计为可容纳650千安培的电流，实现收支平衡点，即Q=1。

目前Zap Energy团队拿到了1.6亿美元的C轮融资，雄心勃勃的宣称，下一步将尽快将这项核聚变技术推向市场。他们设想通过大规模制造反应堆来实现这一目标，这些反应堆将实现模块化，小到可以放在车库里。

这样，这些模块就既可以部署在偏远社区提供电力，也可以组合起来形成大规模集合体，提供整个城市电力。这种装置不像经典的托卡马克装置和惯性约束那样，需要昂贵的材料，成本大大下降，更容易被社会接受和普及。

那么，这几种从经典可控核聚变技术中脱颖而出的新技术，会不会对各国的经典常规技术造成打击和冲击呢？目前很难判断。但我觉得，First Light Fusio和Zap Engergy这两家初创公司的技术的确很令人震撼和大开眼界。

当实力雄厚的世界级大公司和国家扶持的顶级研究机构，几十年如一日孜孜不倦地沉浸于经典技术中，一点一点往前挪动时，这几个小公司却独辟蹊径原创性地开辟出自己的一片新天地，既大大降低了成本，又缩短了预期，这似乎才是真正地弯道超车，无招胜有招啊。

当然，华山论剑，谁主沉浮，还未有定数；是骡子是马，还得拉出来溜溜；谁能点亮世界上可控核聚变商业运用的第一盏灯，才是王者。会是我们吗？希望是，但还须拭目以待。

今天就说这些，欢迎讨论，感谢阅读。

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