当大家谈及什么时候可以用上核聚变产生的能量时，在各个时期总会听到这样的答案：还需要等三十年吧！最近，几个关于重磅资金开始注资一些核聚变能源初创企业的新闻出现时，大家开始意识到核聚变能源的可利用甚至商业化正在进入人们的视野。
漫威经典电影《钢铁侠》的主角托尼·史塔克（Tony Stark）胸前发着冷光的方舟反应堆，其实它是系列电影第一部中曾经展示的一个可以产生核聚变反应装置的缩小版。虽然电影中的这个尺寸的核聚变装置在现实生活中尚未实现，但是我们却看到核聚变产生的能量作为未来一种清洁能源的商业潜力。
那么，到底什么是核聚变反应呢？为什么它可以创造出巨大的能量？其实，太阳所向外辐射的能量正是因为其内部源源不断进行着的核聚变反应。
太阳内部是一个超高温和超高压环境，在这样的环境中，原子核外部运行的电子会挣脱出原来所在轨道，大量的原子核和电子发生了分离各自形成了一种等离子体状态。
在高温条件下，等离子体状态下带有正电的原子核会剧烈运动，并将会克服它们之间的强库仑力相互聚合在一起发生核聚变反应。
根据爱因斯坦提出的质能方程，核聚变前后会发生质量塌缩因而将会释放巨大能量。同时释放的热量将会继续提供高温、高压条件，使整个核聚变的反应周而复始。
在地球上生存的人类时刻都离不开能源，其中占比较高的是化石能源，例如石油和煤炭等。这些能源通过燃烧释放化学能的方式进行供能，但同时也释放了大量破坏地球环境的各种气体或者有毒物质。更为困难的是，地球上的化石能源都是不可再生资源。
随着环境矛盾的加剧，地球上积累的二氧化碳越来越多，同时化石燃料资源也正在逐步枯竭。虽然现在有一些清洁能源例如水力发电，但是容易受到地理环境因素的限制。
核电站大家可能比较熟悉，中国有很多大型集团中国核工业集团有限公司和中国广核集团有限公司，他们的总装机量可达到上千万千瓦，其所使用的原理是利用核裂变所释放的巨大能量。
但是核电站也因为著名的切尔诺贝利核电站泄漏事故而让人们认识到核辐射的危险[1]。
因此，人们急需一种能量巨大、清洁且安全的能源。如果人类在地球上建造起“人造太阳”，利用核聚变反应所释放的能量，那么地球所面临的恶劣自然环境和日益枯竭的能源问题将会得到很大缓解。
核聚变能是取之不尽用之不竭的清洁能源
目前，地球上大多数核聚变实验装置都是为了创造核聚变产生条件，而不惜一切代价输入能量，但是装置内核聚变所产生的能量却小于输入能量，这样的能量换算似乎并不划算。
因此核聚变作为一种人类能源替代的最大瓶颈就是，需要产生能量输出的正增益，也就是输出能量大于输入能量。
上个世纪五十年代提出的劳逊判据已经给出了明确的努力方向，即等离子体密度、温度和约束时间，三者的乘积越高则聚变能量增益越高。
这一难题一直困扰着各国的科学家和工程师们。据 道，位于美国加利福尼亚州的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的科研人员近日在核聚变研究领域取得了重大进展。
美国国家能源局和 LLNL 实验负责人介绍到，这次成果是在实验室环境和可控条件下，输入 2.05 兆焦耳的激光能量轰击核原料，通过核聚变产生了 3.15 兆焦耳的能量输出，能量增益高达 153%。
该成果的发布将是人类迈向基于核聚变清洁能源的重要一步，有望加快人类摆脱对于高污染化学能源的依赖。
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室是美国著名国家实验室之一，曾经诞生过很多颠覆人类文明的科学发明，也是美国国家战略层面上进行核聚变研究的主要科研机构。
旗下的国家点火装置（National Ignition Facility project， NIF）是美国也是世界上所建造的最大激光约束聚变装置，该装置将 192 束激光会聚集中到一点上从而产生高温高压环境，从而达到核聚变产生条件。
该机构曾在 2021 年 8 月的一次实验中实现了自持核聚变反应，他们在一秒的时间内获得了过 10 万亿瓦的核聚变能量。
自持核聚变反应指的是，当原料中的原子在高温高压能量输入下达到核聚变反应一段时间后，不需要再添加额外的能量就可以让核聚变自动持续下去，源源不断来产生能量。
这个过程与人类利用核裂变反应发电有些类似，因此这个技术的突破将决定核聚变是否可以真正实现其商业价值的关键。虽然自持核聚变的过程听起来简单，但是在一个极高温度和高压的环境去实现仍然面临着非常巨大的挑战。
更为遗憾的是，该团队在后续的四次重复实验中都没有再次实现这一目标，最好的一次结果也仅达到之前结果的 50%。为此，科研团队也在积极分析实验结果和实验操作，他们不相信这次成果仅仅是因为实验上的巧合。
对于 NIF 在后续实验中未能再次实现自持核聚变反应，纽约罗切斯特大学激光聚变中心的负责人里卡多?贝蒂（Riccardo Betti）则表示，这种结果在某种程度上是可以预见的，因为现在运行点火的激光本来就处于一个临界点上，有时可以获得大量能量，但有时却获得的能量较少，实验室还没有能量来预测这种准确性的能力。
而就在刚刚，NIF 再次宣布它们是有能力实现可控自持核聚变反应，并且实现了比 2021 年 8 月份更高增益的核聚变反应，这标志性的一步将带领人类向着地面实现“人造小太阳”迈出更近的一步。
可以说，NIF 这次成果印证了之前的实验路线是正确的，自持可控核聚变不再会是碰运气，并且沿着这条技术路线可以实现增益更高的核聚变。
核聚变反应释放巨大能量
核聚变这么的神奇，那么它能够提供巨大能源的机理在哪呢？在典型的氘氚核聚变反应中，仅需要氢原子的两个同位素氘和氚就可以实现，这两种氢同位素可通过海水提炼获得。依靠氘和氚进行的核聚变反应会产生一个更重的氦原子核与一个中子。
但是，氘氚核聚变产生的高能中子会轰击核聚变反应装置的内壁而破坏试验装置。除此之外，还有氘和氦－3 进行的核聚变反应，以及中子和硼原子进行的 p-B11 核聚变等。
其实，人类历史上很早就利用核聚变原理而制造氢弹。1952 年，世界上第一颗氢弹爆炸所释放的能量相 1000 万吨 TNT 炸药爆炸所释放的能量。
氢弹的威力让人们认识到核聚变所带来的巨大能量释放，可惜氢弹爆炸产生的能量是不可控的。
所以真正能够让人类使用上核聚变能源的关键是要实现可控核聚变，并且为了获得正向的能量输出还要使核聚变反应释放的能量大于其输入核聚变条件能量。
那如何在地球上创造出一个可控的核聚变反应环境呢？目前，实现的方式主要为惯性约束和磁约束。
惯性约束主要是将核聚变燃料限制在一个固定几何空间内，然后利用高能轰击核聚变燃料，其受惯性作用来不及膨胀而瞬间形成高温高压环境，形成核聚变反应条件。
其中最常使用的就是刚刚介绍的 LLNL 中的国家点火装置所使用的高能激光实现惯性约束。
其原理是利用高功率激光束激发由热核燃料制造的微小靶丸，激光提高的高能量使靶丸在瞬间就会形成高温等离子体状态，并且迅速向外膨胀的反作用力产生极高压力，从而达到核聚变反应条件。
除了 LLNL 的国家点火装置之外的点火装置，还有位于中国上海光机的神光 II 装置也是基于这一核聚变反应机制。
除了惯性约束可以产生核聚变反应之外，还有以托卡马克装置为代表的磁约束来产生核聚变反应。托卡马克并不是一个人的名字，而是取名自由构成它的环形腔体、真空环境、磁约束、线圈的俄文单词缩写。
在托卡马克的环形真空腔体内，环形腔体的外部线圈将会提供一个巨大的磁场环境，核聚变燃料会受到磁场提供洛伦兹力的作用，而被约束核聚变燃料原子的剧烈运动将会发生碰撞，进而发生核聚变反应。
托卡马克装置提供的强大磁场取决于外部线圈中的电流大小，因此通常采用超导线圈以降低焦耳损耗，而超导线圈往往需要极低温度才能实现。
在一个全超导托卡马克装置中，内部真空环境温度极高，而外部线圈有需要极低温度进行降温，可见是一个非常复杂的冰火两重天的场景。
例如后面将会介绍的 ITER、EAST 和中国环流器二 M 装置等等，这些都是依照托卡马克装置原理而建造的大科学实验装置。
根据劳逊判据，核聚变的增益取决于等离子体密度、温度和约束时间的共同作用，而装置的大小在一定程度上影响着约束时间，磁场强度影响等离子体的密度和温度上限。
这要求托卡马克装置提供磁场具有更强更高的约束环境[2]，除此之外，托卡马克装置的内部也极其复杂。
托卡马克核聚变装置内部要保持高真空状态，还需要包括偏滤器、包层、限制器以及位于真空室内的诊断部件等众多重要部件。
例如偏滤器部件，在装置运行时处于装置内部的等离子体温度高达上亿度，部分高温等离子体会脱离磁场的约束，逃逸到偏滤器区域，这使得偏滤器需要承受极高的热流和粒子流。
那么对偏滤器的要求就是在极高的热流作用下部件不会熔化，并且在极高能量的粒子轰击下不会溅射出过多的杂质，影响芯部的聚变反应。
同时还需要考虑实验装置运行过程中的损伤问题，内部部件的损伤与服役寿命会极大地影响装置的运行和维护计划。
因此，在等离子体运行中，需要考虑正常运行和瞬态事件工况下的部件损伤。由此可见，建造托卡马克装置的工程量和复杂性都十分巨大。
ITER——人类为研究核聚变的宏伟计划
聚变产生的条件是十分苛刻的，往往需要巨大的财力、物力和人力的支持，而国际合作是一个非常有效的途径。
早在 1985 年，国际热核聚变实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）就开始筹备[3]，但是因为各种复杂因素直到 2006 年，由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国才共同签订了 ITER 计划协定，计划投资可能高达数百亿美元。
ITER 的托卡马克实验装置建成后等离子运行大半径约 6.2 米，小半径约 2.0 米，中心环向磁场强度将达到 5.3 特斯拉。
据曾在 ITER 工作过的中科院等离子体物理研究所钱新元博士介绍，中国在 ITER 总部的职员约有一百多人，都是通过竞聘上任。
并且，中国承担了 ITER 装置 9% 的采购包任务，包括磁体线圈、磁体馈线系统、磁体电源、包层模块、诊断系统等。
目前各采购包任务在按部就班地进行中，已完成的交付实物性能指标优异，交付进度和产品质量要 100% 满足 ITER 要求。
2020 年 7 月 28 日，ITER 在法国举行了工程安装启动仪式，并计划在 2025 年进行首次试验，并最终希望装置内等离子体中心温度达到 1.5 亿摄氏度。ITER 建造在一个占地 180 公顷的场地，其使用的托卡马克装置重达 2.3 万吨和 30 米高。
中国在核聚变的科学研究也一直保持在世界前列，中科院等离子体物理研究所自主建造的全超导托卡马克核聚变实验装置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）已于 2006 年建成并投入实验研究，并在近年取得了多项重大科研突破。
例如 2021 年 5 月 28 日，EAST 成功分别地实现了 1.2 亿摄氏度下 101 秒和 1.6 亿摄氏度下 20 秒的离子体运行[4]。
钱新元博士表示，在 EAST 的建造和实验中，中国自主研发的高性能水冷钨铜偏滤器应用于 EAST，使得 EAST 是世界首个拥有全钨偏滤器的托卡马克装置，为 EAST 接连取得创世界纪录的物理实验成果提供了坚实的保障。
同时，中国还向法国 WEST 装置交付了 456 套钨铜偏滤器部件，实现了核聚变技术向发达国家出口。
2021 年 12 月 30 日，EAST 就实现长达 1056 秒的等离子体持续运行时间，这是目前世界上使用托卡马克装置实现高温等离子体运行的最长时间记录。
其他国家也对核聚变研究建设了多个大型托卡马克装置进行实验，例如欧洲的 JET 装置，作为世界上规模最大的核聚变反应堆，曾产生了能量输出为 59 兆焦耳的稳定等离子体。JET 最新的实验将 Q 值在 0.33 处维持了 5 秒。
除了考虑核聚变的实验装置托卡马克如何建造之外，对真空腔内等离子体的控制也十分重要。
在托卡马克装置内部，等离子体运转温度非常高，所以需要控制等离子体在一个高真空环境下稳定运转而尽量不会碰到反应装置内壁。
因此，对托卡马克装置内的等离子体运转的温度控制对于释放核聚变能力十分重要，而这需要对等离子体需不断地监测和精准操纵磁场。
为解决该问题，谷歌旗下 DeepMind 和瑞士洛桑联邦理工学院进行了一项研究，利用人工智能中的深度强化学习 络来控制核聚变托卡马克装置内的等离子体。相关论文以《基于深度强化学习的托卡马克等离子体磁控制》（Magnetic control of tokamak plasmas through deep reinforcement learning）为题发表在 Nature 上[5]。
通过深度强化学习 络来模拟控制托卡马克装置，然后在真实的实验装置进行模拟结果的验证。相比现有的复杂等离子体控制系统和较长延时响应，DeepMind 设计的神经 络可以控制所有线圈，并自动学习哪种控制参数来实现等离子体的稳定运行。
这项成果是 DeepMind 积极将人工智能技术拓展到自然科学研究中又一项验证，展示了人工智能技术在加速和辅助核聚变研究的能力，并且还可以帮助设计新型的托卡马克装置。
由此可见，人工智能技术不仅给人们生活带来便利，也为更加细化和专业的工程和研究领域带来一股新兴力量。在 DeepMind 的技术加持下，核聚变的研究热度和进度也在逐步加快。
虽然现在已有一些核聚变研究装置，但其体积庞大且建造成本高昂。因此，紧凑型、低造价的核聚变反应装置是实现核聚变能源商业化的重要保证。
并且，为达到核聚变反应条件，往往需要对其输入高能量，但是产生的核聚变能量却不高，这就无法实现能源的正增益输出。
因此，研究如何实现输出的能量大于输入能量达到正增益，并保持核聚变反应长时间进行是证明核聚变供能可行性的主要任务。
核聚变能源的巨大商业价值
资本瞄准核聚变能源市场主要还是看重核聚变能源的巨大商业价值，因为核聚变反应装置一旦被成功建成，产生的能量是非常大的，不仅可以有效地应对能源短缺的问题，其获得的利润也是非常雄厚的。
随着对核聚变研究的深入研究和材料科学的不断进步，紧凑型高温超导托卡马克核聚变装置越来越受到人们的重视，其较小的体积和相对低廉的建造成本也吸引了很多新兴公司。
高温超导技术可以降低对外部磁线圈的制冷要求，可以大大降低实验装置的复杂性。
不久前，由核聚变工业协会与英国原子能管理局发起对全球核聚变能源商业化的调查 告《2021 年全球核聚变产业》（The Globan Fusion Industry in 2021）[6]显示，1992 年，第一家主打核聚变商业化的公司成立。而截至 2020 年，全世界范围内至少已经成立了 23 家核聚变能源商业化公司主要原因。
根据该 告，其中约 95.7% 的公司以电力市场为主要目标。在调研的公司中，约有 57% 的公司选择磁约束控制等离子体的方式进行核聚变。
针对调查 告这 23 家核聚变能源的商业公司的财务数据统计显示，共计约 19 亿美元的投资融入进入到核聚变能源商业化领域，并且其中私人投资占比高达约 95%（18 亿美元）。
引人夺目的 CFS
在这些核聚变能源商业化公司中，较为吸引人们目光应当属于美国新能源初创公司 Commonwealth Fusion Systems（CFS），该公司由美国麻省理工学院（MIT）等离子体科学与聚变中心（Plasma Science and Fusion Center, PSFC）孵化而成。
PSFC 是一家跨学科研究中心，并与全球研究合作伙伴一起寻求通过探索创新方法，以加快核聚变发展的研究机构。
该机构的重要使命是通过各种科学技术前沿技术的进步来“更小、更快”地实现核聚变供能。
因此，PSFC 也是美国聚变能源任务的重要贡献者。 CFS 公司在 2018 年获得了意大利埃尼公司投资 5000 万美元后成立，其目标就是争取在 15 年内实现真正供能的核聚变电站。
与 ITER 使用的低温超导磁体技术所需要的巨大磁线圈不同，该公司的核心技术是通过 CFS 和 PSFC 共同研发的名为“SPARC”的高温超导核聚变装置，通过使用由全新超导材料来提供强大磁场。
该材料为涂有钇钡铜基氧化物的铁磁体，SPARC 装置也是一种托卡马克装置，是 MIT 团队自从上世纪七十年代就开始进行的研究成果。
SPARC 可以产生 ITER 设计的五分之一的核聚变功率输出，但它的体积却只有 ITER 的 1/65。
SPARC 装置使用的新型高温超导材料在实现强磁场的同时，也大幅度降低了核聚变能源设备所需的成本、时间和组织复杂性，从而为大学和私营公司规模的聚变能源新参与者和新方法提供支持[7]。
作为 SPARC 装置中产生强磁场的核心部件高温超导体线圈在 2021 年 9 月首次提高到 20 特斯拉的场强，超过了其在 2020 年实现过的 10 特斯拉磁场，这标志着 CFS 向着核聚变发电更近了一步。
CFS 的 CEO 鲍勃·蒙加德 （Bob Mumgaard）博士表示，这项公司是他们过去三年努力创新工作的结晶，它的实现将首次为世界提供一条通向聚变能的清晰道路。
根据 CFS 公司的规划，目前已经完成 SPARC 装置的设计和选址，并在 2021 年开始建设。CFS 计划于 2025 年完成 SPARC 并开始核聚变实验并实现正向增益，并且在 2030 年实现组 发电。
目前，CFS 的技术路线非常接近核聚变商业化，因此也吸引了大量资本。在该公司前期已经获得了 2.5 亿美元资助基础上，CFS 在 B 轮融资获得了 18 亿美元的投资，包括比尔·盖茨、谷歌、Coatue 等。
虽然 CFS 中的 SPARC 装置目标十分大胆，但凭借 MIT 积攒的数十年的托卡马克装置设计经验，CFS 非常有实力将聚变能引入能源市场，以帮助应对全球变暖。
核聚变发电将为世界带来巨大利益，使地球能够避免危险的气候变化，同时让每个人都能拥有高水平的生活，期待他们能够在未来十年实现核聚变能源商业化。
另辟蹊径的 Helion
与 CFS 类似，另外一家来自美国的 Helion Energy 公司也备受投资者的关注。Helion Energy 创建于 2013 年，该公司创始人兼 CEO 是大卫·柯特利（David Kirtley）博士。
Helion 公司使用的技术不同于 CFS 的紧凑型托卡马克装置。虽然该装置可以实现小型化，但是该装置仍然存在着很多限制核聚变商业化的问题。
例如在托卡马克装置中如果能够产生核聚变反应，其仍旧是依靠热能将水转变为蒸汽然后推动发电机进行发电，这样造成的发电效率比较低。
此外，由于自然界较难提取出氚元素，往往需要利用氚自持技术，而在托卡马克装置中的氚自持是比较难的。
Helison 公司使用的核聚变装置是通过集成等离子体磁镜约束装置、等离子对撞机和等离子发电机结合为一种磁约束对撞核聚变装置。并且，通过使用氦－3 代替氚元素，以避免氚自持难题。
根据 Helion 公司官 的技术介绍，凭借其核聚变反应装置可以实现核聚变直接转化为电能的功能，该装置类似一种两端扩大的“哑铃型”结构，中心为磁约束提供的核聚变反应环境，两端为磁流发电机。
根据 Helion 的技术描述，这种装置是通过脉冲模式进行核聚变反应，避免了连续工作对于实验装置的损害。
其发电的工作原理可以简单描述为由氘和氦－3 组成的等离子被磁惯性约束加速后向中心加速对撞，并在中间区域发生核聚变反应。
核聚变产生的氢和氦原子核在磁惯性约束下只能快速径向扩散，并且推动位于两端的磁流发电机直接产生电能[8]。
2020 年，Helion 完成了该公司第 6 个原型 Trenta（特伦塔）的实验并且实现了近 10000 次高功率脉冲。
Helion 通过 Trenta 达到了 1 亿摄氏度等离子体温度，因为相对于氘氚核聚变反应，氘和氦－3的核聚变所需要的温度更高。并且，Trenta 可以实现 95% 的能量效率运行，以及大于 10 特斯拉的磁惯性约束场。
目前，Helion 正在进行他们的第 7 个聚变原型 Polaris（北极星）的设计和建设。 Polaris 在前 6 代实验装置的基础上，将核聚变脉冲重复频率从 Trenta 的每 10 分钟一次提高到 1 赫兹，使得核聚变能量输出可以扩大到商业规模。
为了建设 Polaris 项目，Helison 共获得高达 5 亿美元的 E 轮融资，并且未来还可能获得追加的 17 亿美元的承诺投资。根据 Helion 规划，其有望在 2024 年实现净电力发电。
积累雄厚的 TAE
TAE Technologies 成立于 1998 年，是一家坐落在美国加利福尼亚州的私人核聚变能源商业公司，其目标是开发具有最清洁环境特性的商业聚变发电，并为未来带来最快、最实用、最具经济竞争力的核聚变能源解决方案。
TAE 公司已经拥有超过 1100 项已授权专利、超过 8.8 亿美元的投资额和具有国家实验室规模的核聚变设备以及一支由 250 多名员工组成的经验丰富的团队。该公司的革命性技术在其他大型相邻市场产生了强大的商业创新组合，例如电源管理、能源存储、传输、电动汽车、生命科学等。
不同于 CFS 使用的换装托卡马克装置提供的磁约束核聚变，TAE 建造一个称为先进的场反转箍缩装置（Field-Reversed Configuration，FRC）实验平台，它结合了加速器物理和等离子体物理，从成本和性能的角度解决了限制挑战。
被约束的高能离子体通过最先进的可调谐粒子组成能量中性束喷射器系统。TAE 目前使用的实验装置是价值 1.5 亿美元的第五代聚变反应堆原型 C-2W 或“Norman”（以TAE 联合创始人诺曼·罗斯托克（Norman Rostoker）博士的名字命名），并且在 FRC 性能方面取得了重大进展。该装置分别在 2019 年和 2022 年实现了 5000 万摄氏度和 7000 万摄氏度的等离子体工作温度。
C-2W 所产生的 FRC 性能明显优于 TAE 在 2015 年之前所搭建的 C-2U 设备，部分原因是 TAE 与谷歌公司合作开发用于实验优化的机器学习框架，使工作区域产生始终如一的可重复、热和稳定的等离子体。
自 2014 年以来，TAE 一直保持与谷歌公司合作，将机器学习、数据科学和高级计算应用到核聚变研究中，以加快向商业聚变能的发展[9]。
从TAE 公司官 介绍的技术路线图可以发现，公司先后搭建或改建的核聚变设备到后来的 C-2、C-2U 和 C-2W，证明了 TAE 核聚变解决方案是可行的，实现从燃料循环到全面的电力管理的一个系统性过程。
2015 年， TAE 通过 C-2U 证明可以可控地实现长期限制和保持等离子体，同时还通过C-2W 证明 TAE 的紧凑型线性装置可以扩展到商业化核聚变所需的温度要求。
目前，TAE 的最新实验装置 Copernicus 正在开发，它是一个反应堆规模的装置，该装置将会在约 1 亿摄氏度条件下运行，以实现核聚变燃料循环的净能量生产要求。并且，Copernicus 将利用 p-B11 扩大其最终目标。
TAE 的远期目标是通过全新一代实验平台 DaVinci 创建世界上第一个原型氢硼核聚变发电厂原型。2022 年的 3 月，TAE 的 CEO 迈克尔·宾德鲍尔（Michl Binderbauer）还受邀参加了白宫核聚变商业峰会，并分享了 TAE 在核聚变能源商业化上的非凡进步以及 TAE 对未来经济安全、全球能源独立和能源公平的愿景。宾德鲍尔还详细介绍了TAE 将在 2030 年实现核聚变组 发电的承诺。
除了上述备受资本青睐的核聚变商业公司，还有来自英国的核聚变技术研发商 First Light Fusion，该公司主要利用惯性约束核聚变技术来进行能源发电，并通过使用高速射弹压缩技术来产生聚变所需的温度和压力。
该公司在 2022 年 2 月宣布获得了 4500 万美元 C 轮融资，投资机构包括腾讯、Braavos Capital、IP Group plc、Hostplus、Oxford Science Enterprises 等等。
Marvel Fusion，则是一家德国核聚变能源领域的初创公司，与西门子能源、法国 Thales、德国 Trumpf 工程集团等共同合作开发激光约束核聚变技术，其在 2022 年获 Earlybird 基金领投 3,500 万欧罗的 A 轮融资。
明年计划建成小型托卡马克实验装置
在国内也有几家创业公司，能量奇点是一家聚变能源商业公司，其业务主要是实现高标准化的高温超导托卡马克装置及其运行控制软件系统研发。
同 CFS 的发展路线是一致的，该公司使用高温超导技术实现核聚变所需要的磁约束条件，避免使用低温超导技术导致设备巨大且昂贵的问题。
能量奇点计划于 2024 年研发和建成基于全高温超导磁体的小型托卡马克实验装置，并且实现等离子体运行。
根据官 介绍，该公司的核心关键技术主要是高温超导磁体技术、先进等离子体物理和使用人工智能技术来实现核聚变商业发电计划[10]。
根据公开的工商信息资料显示，能量奇点的全称为能量奇点能源科技（上海）有限公司，注册地为上海市。其 CEO 及法定代表人为杨钊博士，他本科毕业于北京大学物理系，并在美国斯坦福大学获得理论物理专业的博士学位。
他的博士研究方向是研究量子信息方法和利用深度学习方法预测时空的量子结构。他作为能量奇点的三位核心团队成员、联合创始人主要负责核聚变研究的主要技术工作。
毕业于加拿大魁北克大学的郭后扬博士主要进行等离子体实验研究并担任 CFO，他曾在多家核聚变商业公司担任过职务，例如新奥集团副总裁、美国通用原子公司边界等离子体及材料研究中心主任和 TAE 公司首席实验战略家。
而能量奇点公司的超导磁体设备研究是由李柱永博士负责，他毕业于韩国全南国立大学并取得电气工程专业博士学位，并担任中国上海交通大学电气工程系副研究员，研究方向主要为新型高温超导缆线及高温超导磁体技术。
同时，能量奇点公司还聘请毕业美国普林斯顿大学的董阁博士进行磁约束等离子体不稳定性模拟与预测的相关研究。
在这几名学术专家的带头下，能量奇点公司面向 会或者学校招聘大量的技术岗位信息，主要涉及高温超导托卡马克主机系统、真空室建设、等离子体控制系统和电源管理等。
目前，能量奇点还没有实体的核聚变装置对外公布，在已公开发表的信息中可以了解到能量奇点的核聚变能源产生应该是基于高温超导体提供磁约束的托卡马克装置。
2022 年 3 月，能量奇点公司与中国核工业集团西南物理研究院达成合作协议，共同研发基于全高温超导磁体的托卡马克装置。
西南物理研究院是中国可控核聚变领域一家历史最悠久、技术顶尖的专业研究院，其先后参与建造了中国很核聚变领域的磁约束大科学装置，例如中国环流器一 （HL-1）、中国环流器二 A（HL-2A）和中国环流器二 M（HL-2M）等。同时，该研究院也是中国参与 ITER 计划的重要技术支撑单位之一。
能量奇点的创立时间不长，但是目前已经获得了大量融资资金。2022 年 3 月，由著名二次元游戏商米哈游和蔚来资本进行领投，红杉中国种子基金和蓝驰创投跟投共计四亿元人民币，用于建设高温超导体磁约束的小型托卡马克实验装置，以实现高性能核聚变供能系统。
投资方纷纷表示对能量奇点前景的认同，米哈游总裁刘伟认为，“可控核聚变是一项激动人心的技术”“能量奇点是我们看到国内首家探索这个方向的创业公司”“聚变能源商业化一旦实现，所带来的改变将是颠覆性的。”
蔚来资本管理合伙人朱岩希望这些投资能够助力能量奇点团队以快速实现核聚变能源商业化，“以提高世界能源安全，并迎接零碳地球早日到来。”
主攻紧凑型核聚变能源的新奥科技
另外一家从事核聚变能源商业化的中国公司为新奥集团旗下的新奥科技发展有限公司（简称为“新奥科技”）。
新奥集团创立于 1989 年，以清洁能源供应为主体产业，业务范围贯通了能源下游分销、中游贸易储运、上游生产的清洁能源产业链，在 2021 年实现 1606 亿元营收并拥有四家上市公式。
其子公司新奥科技的前身是创立于 2006 年的新奥能源研究院，该公司专注于清洁能源技术创新，重点研发方向为紧凑型核聚变能源、深层地热和能源新材料等技术。
截至 2021 年年底，新奥科技先后承担了多项国家科研项目、国家重点研发计划以及国际科技合作项目等共计 30 多项，已授权专利多达 1600 多项。
新奥科技在核聚变能源领域的探索开始于 2016年，经过长时间的论证与讨论于 2018 年10月开始启动的玄龙－50 紧凑型核聚变研究装置，EXL-50 装置的主机部分高 7.5 米，长宽 6.8 米，由真空室、环向场线圈、极向场线圈、支撑系统等四大部件组成。
该装置配备了高功率的电子回旋系统（Electron Cyclotron Resonance Heating,ECRH）进行非感应电流驱动。整个装置用了 10 个月左右的时间完成了装置的设计、制造、安装和调试工作。
EXL-50 于 2019 年 8 月 8 日实现了第一次等离子体放电，正式开始物理实验。玄龙－50 实验装置是新奥科技为实现聚变能源商业化的重要原理性验证装置。
目前，新奥科技继续探索 ECRH 电流驱动机制，在 2020 年该装置能够实现驱动的最高电流为 172kA，准稳态平顶达到 140-150kA[11]。
根据公开资料显示，新奥科技在核聚变能源商业研发团队至少拥有 20 多位科学家、博士和技术工程师。其首席科学家分别由来自西南物理研究院的袁保山研究员和来自美国橡树岭国家实验室聚变和材料研究室华裔科学家彭元凯担任。
负责核聚变装置搭建的为新奥能源研究院副院长刘敏胜博士，同时负责新奥科技核聚变研发团队的组建。
同时，新奥科技也保持着与国内外多所大学和科研机构进行学术联系，包括中科院等离子体物理研究所、核工业西南物理研究院、中国科学技术大学、北京大学、西安交通大学、华中科技大学以及威斯康星大学麦迪逊分校和加利福尼亚大学尔湾分校等。
目前，还没有关于新奥科技的融资信息，但根据公开的工商信息可知新奥科技的注册资本约为 10 亿元人民币，其中最大股东为新奥集团股份有限公司，占股约为 95%。
中国在核聚变能源应用领域内的研究也一直走在国际前列，即将建造的中国聚变工程实验堆（China FusionEngineering Experimental Reactor，CFETR）就是希望将研究走向商业化。该项目是以实现核聚变能源为建设目标，面向未来核聚变能的开发和应用，计划建成世界首个聚变实验电站。
并且，计划在 2050 年使核聚变能源商业化，真正成为人类可用的新型清洁能源。CFETR 项目由中国科学院合肥物质科学研究院、中国科学技术大学和中国核工业集团西南物理研究院等共同进行设计和建造。
中国科学院等离子体物理研究所作为中科院合肥物质科学研究院的重要组成单元，在 CFETR 项目中起到非常重要的作用。
核聚变产生能量的研究不管是在科研界还是在将来实现商业化，其面临的最大问题都是核聚变反应过程和反应装置都太过于复杂，几乎将很多人类目前遇到的最困难理论和工程挑战集中在了一起。
除了装置制造难题，核聚变反应过程中的很多复杂物理机制，例如等离子体大破裂、第一壁、氚增殖等，都是制约核聚变继续发展的技术限制。
但是核聚变作为一种零碳能源，不产生长寿命的放射性废物，可以提供具有成本竞争力的能源。
由于核聚变固有的安全特性，对场地的要求没有传统核电那么严格，允许在靠近人口和工业中心的地方部署。紧凑型核聚变还具有建造和部署成本低、速度快的优势，并且能够充分利用最先进的材料和技术。
随着资本市场资金的流入，核聚变研究不再完全依赖于政府支持，将会吸引更多包括核聚变专业的科研人员、研究生和工程师们继续从事核聚变研究，因此更多核聚变装置可以在更短的时间内建成并测试，这些都非常有利于核聚变能源的商业化。
跟现在各种各样的核裂变反应堆（例如压水堆、沸水堆、钠冷快堆、熔盐堆等）类似，未来可能也会有多种类型的核聚变反应堆商业化，比如托卡马克堆、球形托卡马克堆、场反位形堆、仿星器堆等，这些技术路线都有可能。
目前来说，研究最火热和较为成熟的技术应当是利用托卡马克实验装置提供的磁约束进行核聚变来产生能量。
其中促使核聚变能源商业化的关键是高温超导技术的快速发展，这取决于超温超导材料的研究进展。
但是托卡马克装置还存在很多工程上的例如电流控制等难题，并且核聚变反应方式和发电效率上仍然有很大的空间和潜力进行提升。
而通过 TAE 公司可以看到，以场反位形方式提供的核聚变反应装置也可能是实现核聚变商业化的重要技术途径。
不同的核聚变反应所需要的燃料也不同，同时会产生相应的不同粒子，如何选择最合适商业化的核聚变模型至关重要。
例如氘氚核聚变反应所需要的温度是相对较低的，但是所产生的中子会破坏核聚变反应装置的内壁。往往需要更加复杂的中子屏蔽结构。
并且，氚原子的获取难度较大也是限制其应用的重要原因。对于氘和氦－3 的核聚变反应，同样也面临氦－3原子的获取难度较大的问题。
因为针对更高效地使用核聚变能源也离不开原子物理的相关研究，未来如果能够通过某一种“完美”核聚变反应来实现核聚变能的商业化将是一个重要突破方向。
无论是学术研究还是商业案例，人工智能技术在核聚变能源研究中都发挥着关键的作用。人工智能帮助科学家或者工程师们从万般复杂的物理过程中寻找的“最优解”方案实现核聚变能源的最大化。
同时，人工智能技术也帮助针对核聚变反应的基础科学研究提供更好地理解模型。这可能也是众多以人工智能技术为主产业的公司热衷于投资核聚变能源商业化公司。
可控核聚变肩负着人类突破能源限制的重任，其实现需要多方力量的共同努力，也必然是一个以数十年计的漫长过程。不过，从现状来看，可控核聚变的到来已是必然之势。
除了积极涌入的私人资本向我们透露了这一趋势，全球权威科技媒体也早已对此作出了预判。
2019 年，《麻省理工科技评论》就观察到了“核能新浪潮”的抬头，在全球气候危机、能源危机的大背景下，人们寄希望于可控核聚变能可持续地为全人类提供安全、清洁、无碳且廉价的电力。对这一终极能源的研究，在当时就已经得到了世界各国的大力支持。
之后在 2022 年，“实用型聚变反应堆”因为磁约束和磁场技术的突破性进展而入选 2022 年《麻省理工科技评论》“十大突破性技术”的消息更是鼓舞人心。
作为运营 120 余年、世界上最权威的独立科技商业媒体之一，《麻省理工科技评论》从 2001 年开始，每年都会发布“全球十大突破性技术”（10 Breakthrough Technologies，TR10），并预测其大规模商业化的潜力，以及对人类生活和 会的重大影响。除了可控核聚变技术之外，敏锐的商业嗅觉也让《麻省理工科技评论》对包括 CRISPR、强化学习、数据挖掘、智能软件助理、深度学习、可回收火箭和 mRNA 疫苗等技术趋势作出了准确的预判。
正值 TR10 发布二十年之际，《麻省理工科技评论》与 DeepTech 共同策划出版了《科技之巅（20 周年珍藏版）：全球突破性技术创新与未来趋势》，带领读者全景式纵览《麻省理工科技评论》过去二十年间发布的200项“全球十大突破性技术”发展历程，并将 200 项技术分成生命科学、信息技术、资源与能源、工程制造、智慧生活五大热点领域详细梳理，邀请了 50 余位学术及行业专家、资方大咖进行深度解读，以丰富详实的数据分析展现技术演化路径、洞见未来科技发展趋势，同时加入案例分析及产业点评，展现科技从实验室走向商业化，并提供投资人前瞻预判。
《科技之巅（20 周年珍藏版）：全球突破性技术创新与未来趋势》的推出吸引了行业广泛关注，中科院院士更是热情为此书作序。相信这本书一定能成为广大读者洞见未来科技趋势，提前选定新兴技术独家商机的重要参考。
参考：
1.Windridge M . Can start-ups fast-track fusion energy?[J]. Nature, 2021, 596.
2.Compact fusion energy based on the spherical tokamak[J]. Nuclear Fusion, 2018, 58(1):016039.1-016039.9
3.Kaname, Ikeda. ITER on the road to fusion energy[J]. Nuclear Fusion, 2010.
4.http://east.ipp.ac.cn/
5.Degrave J, Felici F, Buchli J, et al. Magnetic control of tokamak plasmas through deep reinforcement learning[J]. Nature, 2022, 602(7897): 414-419.
6.The Globan Fusion Industry in 2021
7.https://cfs.energy/
8.https://www.helionenergy.com/
9.https://tae.com/
10.https://energysingularity.cn/
11.http://www.ennresearch.com/
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