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清洁能源开发竞赛：北京大力投入资源推进核聚变研究
RAYMOND ZHONG, 储百亮, KEITH BRADSHER, HARRY STEVENS
在中国东部一座绿树成荫的校园里，施工人员正夜以继日地建造一座庞大的环形建筑，两翼延伸的双臂长度堪比航空母舰。
在中国西南部一片昔日的稻田上，一座巨型X形建筑也在高度保密的状态下紧锣密鼓地施工。直到大约一年前，研究人员通过卫星图像发现了这一设施，其存在才被广泛知晓。
这两项巨型工程是中国迄今为驾驭核聚变能源所做的最具雄心的尝试，这种能源或将彻底改变人类文明。
核聚变是将原子聚合以释放巨大能量的过程，其使用的燃料资源丰富，不存在熔毁风险，也不会产生长期放射性废物。它承诺近乎无限的能源，不仅能满足人工智能发展带来的激增电力需求，还能终结人类对化石燃料的依赖——正是对化石燃料的过度使用，让地球面临危险的升温危机。
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一个世纪前，科学家们首次构想出核聚变这种恒星能源的可能性。近几十年来，他们通过磁体和激光技术在实验室中重现核聚变过程，取得了重大进展。然而，迫使难以控制的原子发生聚合，远比核裂变（当前核能发电所采用的原子分裂技术）困难得多。
核聚变反应堆必须首先将氢加热到比太阳还高的温度，使其转化为物质的第四态等离子体，然后需要将这种处于剧烈状态的等离子体约束足够长的时间，直至原子发生聚变并释放能量。如今，中国、美国及其他国家正展开激烈竞赛，争相研发能够实现这一过程的设备，并确保其具备足够可靠性反复运行，最终为电网供能。
中美这两个世界超级大国正围绕未来能源主导权展开一场日益激烈的角逐。特朗普政府执政期间，美国致力于石油、天然气和煤炭的生产与出口；而其主要经济竞争对手中国已成为太阳能电池板、电池和电动汽车等清洁能源领域的全球主要供应国。
核聚变可能会改变两国乃至全球的能源格局。任何一个率先掌握这项技术的国家都能在全球范围内建造核电站，并与能源需求旺盛的国家建立新的联盟。但中美两国实现这一目标的战略路径却截然不同。
美国寄望于私营企业和本国的创新能力来取得突破，政府提供有针对性的支持。从东海岸到西海岸，一批初创企业为这一探索注入了新的紧迫感和创造力。
而在世界的另一端，中国政府将核聚变列为国家优先事项，正以惊人的速度调配资源推进相关研究。最近，上海一家初创企业在更短时间内基本实现了美国资金最雄厚的核聚变公司联邦聚变系统公司取得的一项工程突破。今年夏天，中国政府和私人投资者向一家新成立的国有核聚变公司注资21亿美元，仅这一笔投资就相当于美国能源部年度核聚变预算的2.5倍。
两国的进展很快可能迎来正面较量。
联邦聚变系统公司表示，其在马萨诸塞州建造的实验装置将在2027年前实现一项关键成就：产生的能量超过运行该装置所需消耗的能量。这一突破将标志着核聚变有望在未来为数据中心、钢铁厂等设施提供电力。
中国顶尖的等离子体物理实验室也设定了类似目标——位于中国东部那座双臂形建筑之内的一个名为“夸父启明”(BEST)的新型装置，也计划在未来几年内实现这一里程碑。
“时间非常紧张，”该实验室的科学家连辉表示。“即便如此，我们对实现BEST的研究目标仍充满信心。”
国家优先事项
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中国对科学研究及核聚变的重视源自国家最高领导层。
仅在20年前，中国在核聚变领域还微不足道，但其通过与其他国家合作逐步发展壮大。中国曾与法国密切合作，研发出最先进的托卡马克装置（一种环形核聚变设备），并成为由33个国家参与的国际热核聚变实验堆(ITER)项目的关键贡献者。在过去十年的大部分时间里，中美研究人员开展联合实验，并盛赞两国在等离子体物理领域的“长期友谊”。
如今，中国的实验室和企业正在建设自主研发的尖端研究设施。中国科学院等离子体物理研究所不仅在建造新型BEST托卡马克装置，还在附近建设一个占地约40公顷的综合园区，研究人员将在那里研发和测试能在核聚变装置极端条件下运行的组件。该所科学家还在规划另一台托卡马克装置，计划在21世纪30至40年代驱动一座示范性核聚变电厂。
ITER的英裔法国物理学家理查德·皮茨于去年1月参观了BEST项目现场，当时那里还只是一片空旷的平台；而如今，该设施已完成一半建设。
皮茨表示，中国从参与ITER项目中获益良多，现在正将这些知识应用于自主创新。“每次去那里，我都会被庞大的人力规模和极高的执行效率所震惊，”他说。
然而，即便核心技术可行，核聚变反应堆也无法为世界提供能源，除非企业能以经济可行的方式实现工业规模的建造与运营。
加州大学全球冲突与合作研究所高级研究员吉米·古德里奇表示，在这方面，中国在工程和建设领域的专业知识赋予了其独特优势。“美国面临的风险是，我们可能率先找到可行的技术路径，但中国会比我们更快实现工程化和规模化应用，”他指出。
最近，联邦聚变系统公司得以窥见中国的推进速度。
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去年，该公司的科学家发表学术论文，描述了他们的一项重大成就：即将安装在马萨诸塞州新型托卡马克装置内的巨型D形磁体。这些磁体采用超低电阻导电材料制成，能够产生超强磁场。
随后在今年夏天，上海初创企业“能量奇点”的科学家发表了一篇论文，介绍了他们自主研发的、与前者极为相似的磁体。
对联邦聚变系统公司联合创始人丹尼斯·怀特而言，这绝非简单的逆向工程。如此迅速地整合供应链、调动制造专业知识来建造和测试这种磁体，展现了“令人惊叹的技术实力”。
激光路径
在中国西南部，核聚变雄心的另一条战线正以低调得多的方式快速推进。
加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员历经多年努力，终于在2022年底实现了令人振奋的核聚变潜力演示——其激光装置成功使氢靶丸实现“点火”，即反应产生的能量超过了激光输入的能量，与此同时，中国工程物理研究院的科学家们密切关注着这一进展。
该院一位资深科学家迅速呼吁中国跟进这一路线。
“利弗莫尔实验室的成就标志着人类历史上一项重大科学突破，”郑万国在2023年初的采访中表示，中国应“加大对核聚变能源的投资和研究力度，以激光聚变点火为主要技术路径”。
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短短一年半后，一座庞大的X形设施在绵阳市郊拔地而起。
中国激光产业报告、科学论文和一项专利申请显示，该地点将容纳“神光四”——一座新型激光点火设施。这项以“神光”命名的设施提案，其雏形至少15年前就有了，但利弗莫尔实验室的成功似乎让这一项目驶入了快车道。
利弗莫尔实验室主任金伯利·布迪尔表示，绵阳设施的建设速度“令人惊叹”——她所在的实验室花了20年时间才建成点火设施并全面投入运行。不过，“要长期可靠、有效地运行这套系统，需要具备深厚的技术积累，而这些都是中国在推进过程中必须学习的经验。”
中国工程物理研究院的科学家们有充分理由去保密。与利弗莫尔实验室的许多研究人员一样，他们也从事核武器研究，而激光聚变技术为在不引爆实际武器的情况下研究核爆炸条件提供了途径。
专家表示，在中国国家领导人习近平治下，中国核武库迅速扩充，其军方正寻求在不违反全球核试验禁令的前提下，维护并可能升级核弹头的方法。
近几个月来，中国工程物理研究院透露，计划在四川省会成都再建一座激光点火设施——这将是一个比绵阳设施小、更偏向商业化的姊妹项目。
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曾经默默无闻的武器设计师彭先觉，如今已转型为能源创业者，力推一个从未尝试过的聚变裂变混合反应堆构想。彭先觉在今年的一份提案中写道，中国应“力争在2040年前实现商业化应用”。
合作还是脱钩
10月，法国著名物理学家阿兰·贝库莱在成都参加国际原子能机构年度核聚变会议时，清晰地感受到了中美在这一领域的分歧——会议上没有美国科学家的身影。
三位研究人员告诉《纽约时报》，特朗普政府领导下的美国能源部不鼓励美国科学家参会。该部门未回应置评请求。
“中国现在具备了创新能力，”作为ITER首席科学家的贝库莱表示。“不再是简单的复制或重复。”
中国科学院等离子体物理研究所于11月宣布，欢迎外国科学家利用其新型BEST托卡马克装置开展合作。“大门始终敞开，”负责该所海外合作的董少华表示。
然而，随着能源安全对人工智能等产业的重要性日益凸显，美国政府和产业界的许多人如今将核聚变视为一场关乎全球影响力的生死战场。
“无论谁赢得这场竞赛并成功实现技术落地，都将为本世纪余下的时间奠定基础，”华盛顿研究机构“特别竞争研究项目”负责人伊利·巴伊拉塔里表示。
美国能源部于10月发布了一份新路线图，旨在帮助核聚变产业在21世纪30年代实现发展和商业化。该文件呼吁建设和升级多个科学设施，但取消了此前由能源部牵头、计划在21世纪40年代设计和建造一座示范性核聚变电厂的倡议。
该部门表示，取消这一倡议的原因是，美国初创企业已在快速推进这类电厂的建设。
一些科学家认为，美国政府需要采取更多行动。
投资者已向全球核聚变公司注入约140亿美元资金，其中76亿美元流向了美国企业。“这是一笔巨额资金，但要让这项技术最终落地，还需要更多投入，”麻省理工学院等离子体科学家乔治·泰南表示。
刘畅曾在美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室担任物理学家多年。他表示，最近他试图为自己的团队招募一些年轻科学家，但实验室称没有相关预算。这类经历再加上家庭原因，促使他跳槽至中国顶尖学府之一北京大学。普林斯顿实验室发言人表示，该实验室不对人事问题发表评论。
刘畅表示，在美国，由于政府支持不足，许多核聚变研究人员转而加入初创企业。
他说，相比之下，中国官员正投入大量资源，寻求解决人类能源需求的“终极方案”。“他们真的能在重要领域投入资源。”
