搜狐科技《思想大爆炸-對話科學家》欄目第132期，對話星環(huán)聚能創(chuàng)始人、首席科學家、清華大學工程物理系副教授譚熠。

嘉賓簡介

譚熠，清華大學工程物理系副教授、博士生導師，星環(huán)聚能創(chuàng)始人、首席科學家。主要從事磁約束受控核聚變的實驗研究和工程技術開發(fā)，以及新概念核聚變方式的探索，是SUNIST/SUNIST-2球形托卡馬克裝置的負責人。

劃重點

1.核聚變“10年商用”是有依據(jù)的，未來幾年，會有新的聚變裝置產(chǎn)生的重要成果出現(xiàn)。

2.需求牽引、AI發(fā)展造成電力需求激增、技術方面進步等因素，帶來了聚變“熱”。

3.如果聚變堆足夠便宜，度電成本可能不到1分錢。

4.未來會不斷地建設性能更高的裝置，一步步走向量產(chǎn)的聚變電站。

出品 |搜狐科技

作者 |周錦童

編輯 |楊錦

可控核聚變，這個被視作“人類終極夢想”的能源，正在被推向熱錢與商用的十字路口。

近兩年，全球聚變賽道突然“熱”了起來，從微軟到谷歌，從比爾蓋茨到山姆·奧特曼，接連投出數(shù)億美元融資，中國也有星環(huán)聚能、能量奇點、新奧集團等企業(yè)獲得資本青睞或使用自有資金開展聚變能研發(fā)。

但熱潮之下，質疑從未停歇。“核聚變？再等50年吧?！边@句流傳多年的調侃，至今仍是行業(yè)內外的普遍印象。

展開全文

有人質疑，資本涌入更多是概念炒作。畢竟從實驗室到商用電站，中間隔著從科學到工程的天塹。也有人直言，所謂“10年商用”不過是創(chuàng)業(yè)者的樂觀預期，連最頂尖的科學家都不敢打包票。

就在這樣的爭議中，譚熠帶著團隊用279天完成聚變裝置的建設，閃電般的速度令世人矚目。

這位在核聚變領域深耕二十余年的科學家，試圖用技術細節(jié)與行業(yè)洞察，回應那些關于“時間”與“可能性”的追問：可控核聚變，真的不用再等“50年”了。

對“2027年Q值大于1”有信心

初見譚熠，他背著黑色雙肩包，腳步匆匆，剛從清華大學趕來，等交談結束后還要折返，繼續(xù)投入為聚變行業(yè)招納新人的工作。

“從以往業(yè)績看，整個團隊的效率是相當高的，我們對2027年Q值（能量增益）大于1有信心，但實現(xiàn)聚變發(fā)電畢竟是一項極其復雜的挑戰(zhàn)，沒有人能百分之百保證不會出意外，萬一出了差錯，能把原因找出來，把解決方案擺出來，大家也可以接受。”

這并不是譚熠在為自己找退路，核聚變本就是“從0到1”的探索，沒人能100%打包票。

“我們現(xiàn)在的投資方也都是成熟的風險投資，對這種不確定性都有認知，就算達不到預期，也會尊重科學規(guī)律?！?/p>

在清華大學時期，星環(huán)聚能技術路線的方案原型就因直擊托卡馬克裝置的核心痛點與未來發(fā)電的關鍵問題，獲得了國家自然科學基金的支持。之后，順為、昆侖等商業(yè)風投，及中科創(chuàng)星等政府背景的資金也接連進入。

星環(huán)聚能正在建設的一號裝置——星環(huán)一號，有望實現(xiàn)Q值大于1。這樣一個具有聚變意義的、可徹底驗證工程可行性的裝置，其12億元的總投入，雖遠低于傳統(tǒng)托卡馬克動輒百億、千億的規(guī)模，但核聚變研究周期長、不確定性高，要說服投資人，也沒那么輕松。

“我跟人家講預計2030年代就能實現(xiàn)并網(wǎng)，他們大吃一驚，反問我說：你們不是還需要50年，怎么10年就夠了？”

譚熠感受到，現(xiàn)階段聚變研究從資金到工作狀態(tài)，跟2020年之前完全是兩重天。他相信，這一波2020年左右大幅涌入的資金，會慢慢變?yōu)橐粋€個實驗裝置。

“2027或2028年會看到非常多的成果出現(xiàn)，到時大家就會意識到，我說的‘10年左右’確實是有根據(jù)的?！?/p>

“星環(huán)聚能現(xiàn)在做的事情，往大了講，是如何快速地、經(jīng)濟地實現(xiàn)聚變能。更具體來講，包括了了解等離子體的行為，實現(xiàn)更好地控制和加熱，制造更強大的磁體和電源，發(fā)展先進的探測手段，構建高效的操作系統(tǒng)，以及利用AI快速提升性能等?！弊T熠如是說。

三大因素催熱全球聚變

星環(huán)聚能核心團隊多來自清華工程物理系。每每談到團隊，譚熠都很欣慰，“當時在清華大學實驗室里大家就有許多‘奇葩’想法，比如會大膽采用從來沒人用過的線圈炮方式驅動探針至世界最快速度，或者采用彎玻璃管的方式實現(xiàn)匪夷所思的毫米波傳輸。”

雖然正三角球形托卡馬克有很多好處，但工程上也存在很多麻煩，之前出現(xiàn)過的很多事故都集中在中間最狹窄的區(qū)域，所以譚熠和團隊創(chuàng)新性的提出將負三角等離子體與球形托卡馬克結合的方案，結果發(fā)現(xiàn)負三角可以大幅緩解球形托卡馬克的很多麻煩。再加上國外的一些實驗證實負三角在密度方面甚至能超過正三角一倍多，這種設計非常有吸引力。

于是，在無參照標準下，團隊采取了這種“顛覆性”的方法，即將建設的NTST裝置，有望成為全球首個原生的負三角球形托卡馬克。

相比于東方超環(huán)（EAST）這種“大國重器”，星環(huán)聚能的裝置更像是“用最小成本試錯未來”的創(chuàng)新沙盒。

“EAST作為國家性的大科學裝置，在為整個人類的核聚變做貢獻，我們希望對托卡馬克運行的基礎進行創(chuàng)新，解決價格貴、結構復雜、效率不高、內部電力消耗大等痛點問題。”譚熠如是說。

在譚熠看來，國家隊和他們有著不同的技術路線、管理方式和資金來源，有很好地互補效果。

國家隊更像是“大投入、低風險”，而他們是“小投入、高風險”，但如果沒有國家隊打基礎，他們也沒辦法創(chuàng)新，譚熠發(fā)自內心地感謝國家隊。

除了國家隊，許多新公司也紛紛入局。近幾年，無論是在中國還是硅谷，大量的資金和人才都涌了進來。

譚熠分析，三大因素推動聚變行業(yè)升溫。

“首先是需求牽引，氣候變化讓我們不得不去尋求除化石燃料外的方式，但現(xiàn)有核電站受條件限制，無法滿足現(xiàn)在占比60%的化石燃料所貢獻的電力需求，但是聚變可以填補這部分空缺。”

其次，AI的發(fā)展造成電力需求激增。另外技術進步讓聚變堆成本更低、周期縮短，吸引更多風險投資入場。

“新公司涌入是好事?！痹谧T熠看來，盡管新玩家的技術路線“五花八門”，但多一種嘗試，人類實現(xiàn)聚變能的可能性就大一分。更重要的是，行業(yè)競爭推高了人才待遇?，F(xiàn)在，聚變領域博士工資也非常具有吸引力。

“如果聚變堆足夠便宜，度電成本可能不到1分錢”

譚熠和團隊核算過度電的成本。聚變電站和燃煤電站截然不同的地方，就是燃料成本幾乎為0?！叭绻丫圩兌呀ㄔ斓淖銐虮阋?，度電成本可能不到1分錢。”

但他也坦言，現(xiàn)階段要達到這個目標還很難。按傳統(tǒng)大托卡馬克路線，一個百萬千瓦的電站造價可能要上千億，算上5%的利息，度電成本降不下來，“至少要1塊多?！?/p>

星環(huán)聚能的破局思路，藏在技術細節(jié)里?；诟呒s束性能的高溫超導強磁場球形托卡馬克，他們用磁重聯(lián)高效地加熱等離子體至發(fā)生聚變反應，并以類似內燃機的方式多沖程運行。

這種“多沖程循環(huán)”運行，像發(fā)動機一樣間歇爆發(fā)，但有聲音質疑“脈沖運行不實用”。

譚熠對此有不同理解：“托卡馬克天然就是脈沖工作的裝置，如果硬讓它長時間穩(wěn)態(tài)工作，不僅需要加裝大量電流驅動系統(tǒng)，還會持續(xù)消耗電功率，整體代價巨大?！?/p>

從聚變發(fā)電的經(jīng)濟性角度出發(fā)，這筆“經(jīng)濟賬”也是值得的。但這也給譚熠和團隊帶來了其他問題，比如周期性的熱應力、電磁應力的問題，好在他們找到了解決辦法。

“脈沖工作可以配合儲能或兩個堆交替運行，都可以持續(xù)輸出能量，就像汽車發(fā)動機也是脈沖工作的，車輛照樣可以平穩(wěn)前進?！彼a充道。

眼下，高溫超導和AI，也在為聚變研究加速。他們團隊目前很大一部分精力就集中在把高溫超導帶材變成一個聚變裝置上的磁體，而AI的研究方式天然就跟聚變或等離子體物理有相似之處，能解決復雜的控制和測量等問題。

磁約束裝置里的等離子體太復雜了，電子和離子電荷相同，質量卻差 1800 倍，運動規(guī)律截然不同，還有平動、轉動、非熱平衡、跨時空尺度等問題…… 物理方程雖簡單，卻幾乎解不出來。

譚熠說，做聚變的人早就在通過數(shù)據(jù)驅動找規(guī)律，AI 讓這個過程快了不止一倍。

未來的路線圖也已清晰：星環(huán)一號實現(xiàn)Q值大于1的目標；星環(huán)二號將加裝發(fā)電設施，具備示范發(fā)電能力；再往后，就是成熟的量產(chǎn)電站了。

“雖然很早就知道核聚變很厲害，但并不是從小就樹立了投身核聚變的偉大夢想?！弊T熠當年申請清華博士時，恰好碰上工物系聚變實驗室開始招生，再加上了解到核聚變專業(yè)涵蓋機械、電力、電子、編程等他非常喜歡的工作內容，才誤打誤撞入了行。20多年過去，這份偶然早已成了執(zhí)念。

從傳統(tǒng)學術圈的“光頭副教授”（他自嘲“論文不多、也沒帽子”），到科技成果轉化的探路者，譚熠的選擇恰是聚變領域的縮影：用一個個“279天”的速度，把“終極夢想”拉進現(xiàn)實。