人造太阳有多难

“AI与核能利用，是两件可以改变21世纪人类生活面貌的伟大事物。”OpenAI首席执行官山姆·阿尔特曼曾断言。人工智能与核能，就像是通向未来文明的两条轨道——一条正在重塑智能的本质，另一条则试图驯服来自宇宙本源的能量。更重要的是，这两条轨道正在交汇协同。一方面，AI发展迅猛，算力需求暴增，进而引发能源消耗的问题。而核能，尤其是可控核聚变，被视为解决这一挑战的关键。另一方面，AI或许将助力核能发展，不仅可以把控核反应系统，或许还能参与到反应本身的实时控制。2025年6月，核电公司泰拉能源（TerraPower）宣布完成6.5亿美元融资，英伟达是新投资方之一。丰叔曾经在播客节目里提到，如果我们能够掌握可控核聚变，那就意味着我们不再只是被动接收太阳辐射出的能量，而是能够主动制造能量。也就是说，人类自己成为了“太阳”。那么，可控核聚变的寻梦之旅还有多远？在本篇行研，我们将聚焦可控核聚变这一终极能源命题，探讨它的发展难点、产业进展、跨领域影响，以及背后的创业与投资机会。我们希望提供一种新的视角，去理解这项技术如何影响未来的能源格局、科技生态乃至文明的走向。一、什么是核反应？无论是核聚变还是核裂变，本质上都是通过元素的变化释放出巨大能量。不同元素因质量差异，在反应过程中会释放不同程度的能量。核聚变，顾名思义是由如氘和氚这样的轻质元素结合，生成更重的元素的过程，整个过程伴随着巨大的能量释放。而核裂变，比如铀-235的分裂，则释放的能量略少一些，但仍然是目前人类掌握的能量密度最高的方式之一。在宇宙大爆炸初期，整个宇宙几乎只有氢，随后逐步通过恒星内部的核反应，氦、碳、氧等元素出现了，并最终形成更多重元素。这些重元素是行星和生命出现的基础——它们主要诞生于恒星生命周期的末期。要实现可控的核反应，材料的纯度和密度至关重要。无论是聚变还是裂变，都需要达到一定条件才能引发链式反应。例如，伊朗此前进行的铀浓缩就是提升铀-235纯度的过程，这是实现核能利用的关键一步。核反应过程中，除了生成新元素，还会产生多种放射性副产物，如α、β、γ射线等。这些射线携带大量能量，除了最终转化为热能和电能，成为我们可利用的能量来源，还可以直接利用放射特性产生价值，比如在医疗领域用于治疗癌症。（欢迎阅读：《万物皆有正反两面，如何用“核辐射”来做抗癌药？》）简而言之，核能的本质是通过控制元素的转化，释放出蕴含在原子核中的巨大能量。如何高效控制并利用这种能量，是未来能源技术发展的关键方向。二、可控核聚变，为什么是现在？5月23日，特朗普签署了一系列有关核能的行政命令，此前，他的政策更倾向于支持传统石化能源。这一举动引发了不少关注，也带来了不少疑问：为什么是现在？为什么跳过新能源直接奔向核聚变？核聚变：应对AI时代能源紧缺的解决方案丰叔曾在播客中提到，发展核聚变的一个关键背景是，美国乃至全球可能意识到仅靠传统能源，或许难以支撑未来几十年的技术需求，尤其是面对AI发展迅猛、算力需求暴增带来的巨大能源消耗问题。特朗普的核能行政命令颁布前，马斯克在接受媒体采访时已指出，AI发展到明年将面临电力瓶颈，而中国的电力基础建设远超美国。美国的西方石油公司首席执行官Vicki Hollub曾提到，目前全球生产的石油中约97%是在20世纪发现的，由于全球无法足够快速地更新现有的原油储量，到2025年底，石油市场将面临供应短缺。在这种背景下，美国的选择变得清晰起来：一方面，中国在新能源领域占据了领先优势；另一方面，传统能源的转化效率和可持续性有限。于是，美国有可能直接跳过新能源，瞄向可控核聚变这个解决方案。当然，这种政策转向并非一成不变。由于美国两党政治的影响，很多政策方向存在反复，比如拜登时期签署的芯片法案中有关补贴的内容，在后来就遭遇了削减甚至取消的命运。因此，公众可能对这次核聚变支持政策的持续性也仍持观望态度。人类可以超出太阳系来看待问题人类一直以来所使用的能源，本质上都是太阳能的转化形式。无论是煤炭、石油、风能、水能还是光伏，这些能量本质上都由太阳能转换来，只不过转换的难度、应用范围不同。丰叔认为，如果我们能够掌握可控核聚变，那就意味着我们不再只是被动接收太阳辐射出的能量，而是主动制造能量。也就是说，人类自己成为了“太阳”。届时，人类就有能力超出太阳系来看待问题，迈向星际文明。回顾历史，每一个阶段的发达文明，都是以强大的工程能力作为基石。比如中国建设万里长城，埃及造金字塔，美国在二战期间像下饺子一样造船。而在这一轮核产业竞争中，中国可能是最有希望的国家之一。因为我们可以“大力出奇迹”，用强大的组织和执行能力去推动复杂的系统落地。想要发展可控核聚变并不是简单地拼人口、拼资源，而是需要借助强大的组织能力、工程能力、科研能力、设计能力和管理能力等等。整个过程就像一条精密的链条——每一环都必须牢靠，否则整个系统就会断裂。核心技术的缺失往往不是因为某一个点落后，而是整个链条断了。三、“用纸锅煮饺子”：核聚变究竟有多难？核聚变承载着人类能源与文明的终极梦想，但实现核聚变的难度之大，也超乎想象。实现核聚变的难度，堪比“用纸锅煮饺子”，整个过程必须极其精确地控制，否则前功尽弃——既要让水恰好沸腾（维持上亿高温等离子体），又要防止锅破（现有材料在核聚变的过程中非常脆弱），还要不断往里下新的饺子（注入燃料）。实现核聚变的核心要素核聚变的本质，是让轻原子核（如氘和氚）在极端条件下发生融合反应，释放出巨大的能量。要实现这一点，需要三个核心条件：足够高的粒子密度、极高的温度（通常需达到上亿摄氏度），以及足够长的约束时间。这三个要素的乘积，在物理学中被称为“三重积”。只有当这个值足够大时，才能让聚变真正“点着火”。此外，还有一个常被忽视的因素是体积——体积是半径的三次方，而表面积是二次方，所以只要体积足够大，哪怕单位能量产出不高，整体也能积累出可观的功率。衡量核聚变是否实用的另一个关键参数是Q值，也就是输出能量与维持聚变状态所需输入能量的比值。目前，人们已经能够让Q值大于1，也就是输出能量大于输入能量。但这只是第一步，真正的挑战在于如何持续稳定地产生电力，而不是仅仅短暂地单次试验。核聚变的主要技术路径目前，核聚变的主要技术路径可以粗略分为两类，一类是惯性约束型，另一类是磁约束型。第一种惯性约束型的主要技术路线包括：激光点火：利用激光的冲击波使得通常包含氘和氚的燃料球达到极高的温度和压力，来引发核聚变反应；场反位形：即直接利用聚变反应进行发电，而不是加热流体或驱动涡轮机间接发电；Z箍缩：利用强大磁场约束和箍缩等离子体，从而实现核聚变。这类方法的原理都是短时间输入大量能量压缩燃料，优点是可以短时间内达到极高的参数条件。比如，美国国家点火装置（NIF）就是以激光点火为主攻方向，美国能源公司Helion Energy则在场反位形取得了较高的参数。但该路线的挑战在于，每次只能产生一次脉冲（pluse），连续放电和能量利用的难度较高。第二种磁约束型是目前最接近实现连续运行的技术路线，包括托卡马克、仿星器、磁镜等多种形式。虽然这些形式结构不同，但其基本原理一致：通过磁场配置，将高温等离子体限制在一个封闭的空间中。中国全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）、国际热核聚变实验堆（ITER），以及欧洲联合核聚变实验装置（JET）都是这一路线的重要代表。其中，ITER是目前世界上最大的托卡马克装置，重达2.3万吨，近30米高，相当于一座十层楼高的建筑。▲ITER施工现场。图片来源：ITER托克马克这样一个庞大的系统是如何启动的呢？我们可以简单梳理一下流程：首先，环向线圈通电，生成强大的环向磁场；随后注入氢同位素气体，并通过放电使其电离，转化为等离子体。带电粒子在磁场中绕着磁感线旋转。但这还不够稳定，等离子体会向外膨胀。于是，科学家们再加入轴向磁场，把“甜甜圈”往里面缩；最后再加上垂直磁场，形成镜像补偿效应，最终目标是尽可能减少等离子体逃逸。在此过程中，要不断继续加热等离子体，使其突破聚变阈值温度，同时动态调整磁场维持系统稳定约束。听起来似乎并不复杂？但问题在于，磁场本身有一个特性：它没有起点也没有终点，总是闭合回路。而电场则不然，它是发散的。这两种场的相互作用，导致我们无法仅靠电磁力，实现完全稳定的等离子体约束。因此，科学家们一直在努力“博弈”——如何通过精确控制磁场，让等离子体尽可能少地逃逸。我们可以用“监狱看守模型”来理解控制磁场的难度。等离子体就像是关在监狱里的犯人，总想往外跑。我们希望用最少的人力（控制能量）来管理他们。然而这些“犯人”自带电荷，彼此排斥，还受磁场影响，动态极其复杂。更麻烦的是，我们甚至无法实时追踪每一个“逃跑者”，只能通过宏观手段进行调控。这就像是修一座监狱，希望看守数量远少于囚犯，却又不能让他们集体越狱。此外，仿真模拟是一个极大的难题。想要完整模拟一锅开水的沸腾过程都非常困难，控制等离子体的复杂程度远超于此。每一次微小扰动都可能引发失控，比如某处局部密度突增，就会引发连锁反应，类似水波扩散，在整个系统中反复震荡。因此，核聚变不仅是对物理极限的挑战，也是对人类工程能力的极限考验。材料方面，我们需要能承受极端温度和辐射的结构；控制系统方面，我们必须实现实时、高效的监控与调整；而在工程集成方面，则需要将多个子系统整合为一个可控、可持续的能源装置。四、核聚变产业进展尽管发展核聚变面临重重挑战，人类对核聚变的探索却从未止步。目前，核聚变究竟发展到了什么阶段？核聚变的探索研究呈指数级增长自20世纪60年代以来，全球范围内关于核聚变的研究不断推进。根据英国原子能管理局Anthony J Webster的汇总统计，从上世纪60年代到2000年初，三重积（核聚变三个要素的乘积）大约每1.8年就翻一倍，其增长速度（上图紫色线）要快于摩尔定律每2年翻一倍的增速（上图红色线）。也快于物理研究的另一类明星装置：粒子加速器，以每三年能量等级加倍的速度增长（上图绿色线）。这种指数级增长的背后，是系统控制、材料科学、结构设计等多个技术领域协同突破的结果。人类对复杂系统的控制能力实现了提升如果说核聚变是一场精密的物理实验，那它同时也是对控制系统极限的挑战。现代芯片制造过程中大量使用等离子体蚀刻技术，这让工程师们积累了丰富的等离子体操作经验。而在核聚变领域，这些经验正被用来构建更加精细、响应更快的控制体系。一个典型的例子就是磁体线圈的动态控制。受限于线圈的超导特性或物理参数，快速调节一直是一个技术难题。但随着电力电子器件的快速发展，我们可以快速调节线圈电流，从而让整个磁场系统变得更加灵活可控。换句话说，原本像“白炽灯”一样只能缓慢调节的系统，变成了可以快速变换的“led灯”。这种控制能力的提升意味着人们不仅能开启核聚变反应，还能实时干预中间过程，防止等离子体失控，大幅提升了系统的可控性，让反应稳定运行。磁体是核聚变的核心，中国正在核聚变领域崛起核聚变装置（比如托卡马克）通常由以下几个关键部分组成：电源与控制系统：负责提供和调控能量；磁体系统：用于约束高温等离子体；等离子体系统本身：包括真空室、注入燃料机制等；结构组件与安全系统：确保整个装置能够承受极端环境；发电与冷却系统：将释放的能量转化为可用电力。其中，磁体系统是整个装置的核心，成本占比约为四分之一。其次是结构组件（如真空室、支撑框架等），占总成本的三分之一左右。剩下的则是各种控制、测量和辅助系统。在这些关键技术领域，中国的参与度和竞争力正在迅速上升。无论是在高温超导磁体的研发、大型真空设备的制造，还是在整体工程集成方面，中国都展现出较强的实力。仍以国际热核聚变实验反应堆计划（ITER）为例，美国、欧盟、俄罗斯、日本、印度等主要参与成员各有所长，分别在离子注入与减少扰动、真空室、极向场线圈、中心螺线管、冷却系统等重要部件发挥作用。特别值得一提的是，中国承担的制造任务涉及磁体支撑系统、气体注入系统、可耐受极高温的反应堆堆芯等核心关键部件。总之，在核聚变产业链的关键环节中，除了部分辅助系统外，中国已经在多个领域处于世界领先地位。五、核聚变技术的跨行业应用核聚变不仅是人类能源梦想的核心技术，它也正在成为一项“技术放大器”，推动高温超导材料的应用、促进非铁磁材料的发展。在不同行业的碰撞中，电力电子的发展也在反过来促进核聚变用超导技术的进步。高温超导材料成本下降，助推跨行业应用核聚变技术不仅推动了高温超导材料的需求增长，还显著降低了其量产成本。这一进展不仅对核聚变本身至关重要，也助推了高温超导材料在其他领域的广泛应用。比如，在医疗设备领域，磁共振成像（MRI）中的超导线圈就是一个显著的例子。传统的MRI设备依赖于低温超导材料，需要复杂的冷却系统来维持极低温度。而高温超导材料对冷却的需求较低，还能提高图像分辨率和扫描速度。再比如，在电力领域，高温超导材料可以被用于制造高效、紧凑的大功率电机。由于超导材料几乎没有电阻，电流可以在其中无损耗地流动，从而提升了电机的效率。核聚变推动非铁磁材料的应用核聚变的极端环境还催生了对非铁磁材料的强烈需求。之所以需要非磁铁材料，原因在于像钢和铁这样材料在磁场中会受到较强作用力，并且在变化的强磁场中会产生电流（涡流），导致发热和能量损耗。比如在电解铝厂里，如果你把一把扳手扔到电解槽几米远的地方，它可能会被强大的磁场吸得直立起来。随着核聚变技术的发展，磁场强度越来越高，甚至达到了20特斯拉的水平，这时磁场对材料的影响就越发明显。作为对比，手机扬声器磁场一般在0.001至0.01特斯拉，20特斯拉是其2千甚至是2万倍。因此，核聚变设备需要更多低磁场作用的新型材料。像耐高温的合金、能抵抗中子破坏的材料，还有陶瓷和碳纤维类的复合材料，都将变得越来越重要。电力电子行业助力核聚变电源发展不只是核聚变在影响其他行业，电力电子的发展也在促进核聚变技术的进步。比如，AI芯片的工作电压越来越低，但所需电流却越来越大，同时对电压调节速度的要求也越来越高。核聚变中使用的超导电源系统（通常运行在1~10V低压、几十至几百千安的大电流）与AI芯片有相似的特性。如果AI芯片进一步发展，或许将助推超导电源系统攻克电压调节的难题。类似的，不管是用于机器人或者电动汽车的碳化硅电机驱动芯片，还是我们身边的触手可得的快充（氮化镓）充电器，都极大地提高了我们对电的控制能力。而这种控制能力迁移到核聚变领域，意味着我们可以快速调节线圈电流，从而让整个磁场系统变得更加灵活可控。这意味着，电子行业的进步可能提升核聚变电源的性能，实现技术的“双向奔赴”。六、核聚变相关的创业与投资机会目前来看，整个核聚变产业仍处于发展的早期阶段，很多关键技术环节尚未完全打通，尤其是后半段的工程化、系统集成部分，亟需足够多的企业参与。但这也意味着，对于创业者和投资人来说，机会正在浮现。核聚变产业需要怎样的创业者？核聚变是一项典型的“极限工程”，涉及极端温度、超强磁场、高真空、低温冷却等多个极限条件。这些因素交织在一起，使得整个系统的控制变得极为复杂。在这种情况下，我们需要找到那些真正有实战经验的人。他们可能曾在大型实验装置中工作过，知道哪些环节容易出错，甚至经历过装置爆炸、实验失败的痛苦。更重要的是，他们能将过去的经验转化为下一步的可行路径。此外，在核聚变这种非常交叉的前沿领域，创业者可能需要具备比较强的号召能力，能够聚拢核聚变专业以外的人才，比如在材料、电子电力、AI领域深耕的人。核聚变领域之所以需要懂AI的人才，原因在于，AI不仅可以帮助预测系统行为、优化控制参数，辅助系统设计，或许还能参与到反应本身的实时控制。创业公司的切入点：成为细分领域的关键玩家、“沿途下蛋”核聚变产业链极其复杂，可能创业公司在初期难以独立承担整套核聚变装置的研发与运行，但这并不妨碍它们成为核心子系统的提供者。就像卫星行业的发展历程一样：虽然发射任务由国家主导，但大量民营公司通过提供导航芯片、通信模块、地面站设备等关键部件，实现了自身成长和技术迭代。在核聚变产业链的上下游，已经出现了多个有潜力的细分赛道：例如超导磁体设计与制造、高精度控制系统开发、等离子体诊断与测量设备、特种材料与涂层工艺、冷却循环系统与中子屏蔽方案等。另外，在核聚变领域，还需要注意一项技术是否具有“沿途下蛋”的可能性。也就是说，在服务核聚变的同时，也能将其技术成果应用到其他市场中去。比如上文提到的医疗成像中的超导线圈、工业检测中的等离子体传感器、新能源汽车中的电力电子器件等等。政策支持与资本推动：中国有望后来居上核聚变不仅是科学问题，更是国家层面的战略布局。在美国能源转型受阻、传统能源体系面临挑战的背景下，中国可能会加速推进这一领域的投入。毕竟，我们拥有完整的工业体系、强大的组织能力以及持续增长的科研投入，这些都是支撑核聚变实现产业落地的基础。对创业者来说，核聚变不是一个短期内就能看到回报的赛道，但它代表了一个长期、确定性的方向。在这个过程中，需要创业者有耐心、持续积累资源和技术，并且愿意在“极限条件下”不断试错、迭代。毕竟，通往星辰大海的路上，每一步都离不开脚踏实地的创新与坚持。