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

嘉賓簡(jiǎn)介

譚熠，清華大學(xué)工程物理系副教授、博士生導(dǎo)師，星環(huán)聚能創(chuàng)始人、首席科學(xué)家。主要從事磁約束受控核聚變的實(shí)驗(yàn)研究和工程技術(shù)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(fù)責(zé)人。

劃重點(diǎn)

1.核聚變“10年商用”是有依據(jù)的，未來幾年，會(huì)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(shù)方面進(jìn)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(huì)不斷地建設(shè)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(gè)被視作“人類終極夢(mèng)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(guó)也有星環(huán)聚能、能量奇點(diǎn)、新奧集團(tuán)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(zhì)疑從未停歇。“核聚變？再等50年吧?！边@句流傳多年的調(diào)侃，至今仍是行業(yè)內(nèi)外的普遍印象。

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有人質(zhì)疑，資本涌入更多是概念炒作。畢竟從實(shí)驗(yàn)室到商用電站，中間隔著從科學(xué)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(yù)期，連最頂尖的科學(xué)家都不敢打包票。

就在這樣的爭(zhēng)議中，譚熠帶著團(tuán)隊(duì)用279天完成聚變裝置的建設(shè)，閃電般的速度令世人矚目。

這位在核聚變領(lǐng)域深耕二十余年的科學(xué)家，試圖用技術(shù)細(xì)節(jié)與行業(yè)洞察，回應(yīng)那些關(guān)于“時(shí)間”與“可能性”的追問：可控核聚變，真的不用再等“50年”了。

對(duì)“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(xué)趕來，等交談結(jié)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(jī)看，整個(gè)團(tuán)隊(duì)的效率是相當(dāng)高的，我們對(duì)2027年Q值（能量增益）大于1有信心，但實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電畢竟是一項(xiàng)極其復(fù)雜的挑戰(zhàn)，沒有人能百分之百保證不會(huì)出意外，萬一出了差錯(cuò)，能把原因找出來，把解決方案擺出來，大家也可以接受?！?/p>

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(fēng)險(xiǎn)投資，對(duì)這種不確定性都有認(rèn)知，就算達(dá)不到預(yù)期，也會(huì)尊重科學(xué)規(guī)律?！?/p>

在清華大學(xué)時(shí)期，星環(huán)聚能技術(shù)路線的方案原型就因直擊托卡馬克裝置的核心痛點(diǎn)與未來發(fā)電的關(guān)鍵問題，獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。之后，順為、昆侖等商業(yè)風(fēng)投，及中科創(chuàng)星等政府背景的資金也接連進(jìn)入。

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

“我跟人家講預(yù)計(jì)2030年代就能實(shí)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(huì)慢慢變?yōu)橐粋€(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。

“2027或2028年會(huì)看到非常多的成果出現(xiàn)，到時(shí)大家就會(huì)意識(shí)到，我說的‘10年左右’確實(shí)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(jì)地實(shí)現(xiàn)聚變能。更具體來講，包括了了解等離子體的行為，實(shí)現(xiàn)更好地控制和加熱，制造更強(qiáng)大的磁體和電源，發(fā)展先進(jìn)的探測(cè)手段，構(gòu)建高效的操作系統(tǒng)，以及利用AI快速提升性能等。”譚熠如是說。

三大因素催熱全球聚變

星環(huán)聚能核心團(tuán)隊(duì)多來自清華工程物理系。每每談到團(tuán)隊(duì)，譚熠都很欣慰，“當(dāng)時(shí)在清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里大家就有許多‘奇葩’想法，比如會(huì)大膽采用從來沒人用過的線圈炮方式驅(qū)動(dòng)探針至世界最快速度，或者采用彎玻璃管的方式實(shí)現(xiàn)匪夷所思的毫米波傳輸?！?/p>

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(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性的提出將負(fù)三角等離子體與球形托卡馬克結(jié)合的方案，結(jié)果發(fā)現(xiàn)負(fù)三角可以大幅緩解球形托卡馬克的很多麻煩。再加上國(guó)外的一些實(shí)驗(yàn)證實(shí)負(fù)三角在密度方面甚至能超過正三角一倍多，這種設(shè)計(jì)非常有吸引力。

于是，在無參照標(biāo)準(zhǔn)下，團(tuán)隊(duì)采取了這種“顛覆性”的方法，即將建設(shè)的NTST裝置，有望成為全球首個(gè)原生的負(fù)三角球形托卡馬克。

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

“EAST作為國(guó)家性的大科學(xué)裝置，在為整個(gè)人類的核聚變做貢獻(xiàn)，我們希望對(duì)托卡馬克運(yùn)行的基礎(chǔ)進(jìn)行創(chuàng)新，解決價(jià)格貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率不高、內(nèi)部電力消耗大等痛點(diǎn)問題。”譚熠如是說。

在譚熠看來，國(guó)家隊(duì)和他們有著不同的技術(shù)路線、管理方式和資金來源，有很好地互補(bǔ)效果。

國(guó)家隊(duì)更像是“大投入、低風(fēng)險(xiǎn)”，而他們是“小投入、高風(fēng)險(xiǎn)”，但如果沒有國(guó)家隊(duì)打基礎(chǔ)，他們也沒辦法創(chuàng)新，譚熠發(fā)自內(nèi)心地感謝國(guó)家隊(duì)。

除了國(guó)家隊(duì)，許多新公司也紛紛入局。近幾年，無論是在中國(guó)還是硅谷，大量的資金和人才都涌了進(jìn)來。

譚熠分析，三大因素推動(dòng)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(xiàn)的電力需求，但是聚變可以填補(bǔ)這部分空缺。”

其次，AI的發(fā)展造成電力需求激增。另外技術(shù)進(jìn)步讓聚變堆成本更低、周期縮短，吸引更多風(fēng)險(xiǎn)投資入場(chǎng)。

“新公司涌入是好事?！痹谧T熠看來，盡管新玩家的技術(shù)路線“五花八門”，但多一種嘗試，人類實(shí)現(xiàn)聚變能的可能性就大一分。更重要的是，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)推高了人才待遇?，F(xiàn)在，聚變領(lǐng)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(tuán)隊(duì)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。“如果把聚變堆建造的足夠便宜，度電成本可能不到1分錢?！?/p>

但他也坦言，現(xiàn)階段要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)還很難。按傳統(tǒng)大托卡馬克路線，一個(gè)百萬千瓦的電站造價(jià)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(shù)細(xì)節(jié)里?；诟呒s束性能的高溫超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)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(yīng)，并以類似內(nèi)燃機(jī)的方式多沖程運(yùn)行。

這種“多沖程循環(huán)”運(yùn)行，像發(fā)動(dòng)機(jī)一樣間歇爆發(fā)，但有聲音質(zhì)疑“脈沖運(yùn)行不實(shí)用”。

譚熠對(duì)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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)工作，不僅需要加裝大量電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，還會(huì)持續(xù)消耗電功率，整體代價(jià)巨大。”

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

“脈沖工作可以配合儲(chǔ)能或兩個(gè)堆交替運(yùn)行，都可以持續(xù)輸出能量，就像汽車發(fā)動(dòng)機(jī)也是脈沖工作的，車輛照樣可以平穩(wěn)前進(jìn)。”他補(bǔ)充道。

眼下，高溫超導(dǎo)和AI，也在為聚變研究加速。他們團(tuán)隊(duì)目前很大一部分精力就集中在把高溫超導(dǎo)帶材變成一個(gè)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(fù)雜的控制和測(cè)量等問題。

磁約束裝置里的等離子體太復(fù)雜了，電子和離子電荷相同，質(zhì)量卻差 1800 倍，運(yùn)動(dòng)規(guī)律截然不同，還有平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、非熱平衡、跨時(shí)空尺度等問題…… 物理方程雖簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)找規(guī)律，AI 讓這個(gè)過程快了不止一倍。

未來的路線圖也已清晰：星環(huán)一號(hào)實(shí)現(xiàn)Q值大于1的目標(biāo)；星環(huán)二號(hào)將加裝發(fā)電設(shè)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(mèng)想?！弊T熠當(dāng)年申請(qǐng)清華博士時(shí)，恰好碰上工物系聚變實(shí)驗(yàn)室開始招生，再加上了解到核聚變專業(yè)涵蓋機(jī)械、電力、電子、編程等他非常喜歡的工作內(nèi)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(xué)術(shù)圈的“光頭副教授”（他自嘲“論文不多、也沒帽子”），到科技成果轉(zhuǎn)化的探路者，譚熠的選擇恰是聚變領(lǐng)域的縮影：用一個(gè)個(gè)“279天”的速度，把“終極夢(mèng)想”拉進(jìn)現(xiàn)實(shí)。