成都最硬核的公司，陆奇投了
如果要给核聚变商业发电列出时间表，你认为会是在哪一年?
去年，美国聚变能源工业联盟向40家核聚变公司提出了这一问题。有6家企业给出了2030年之前的回答，20家企业认为会在2030-2035年之间。
比如，美国Helion公司给出的答案是2028年，它与微软签署了对赌协议，2028年将以1美分一度电的价格，向微软提供50兆瓦的供电。另一家美国公司Commonwealth Fusion System(CFS)则计划在2030年代早期完成第一座聚变电站ARC的建设，实现商业发电可能还得向后推迟几年。
我把同样的问题抛给了瀚海聚能的CEO项江。他回答说，“Helion公司2028年的计划非常激进，但主流观点2035年前后实现商业化发电是可能的。”
项江，2022年底创办了核聚变公司“瀚海聚能”。在创业之前，他先后在中国科技大学、某核物理研究院从事了20余年核聚变研究，参与过磁约束聚变装置托卡马克、激光惯性约束核聚变等项目课题。
不过这次创业，项江打算摒弃上述两条技术路线，选择建设一座直线型的核聚变装置。“大家都低估了托卡马克的难度和成本”他向我说道，而“场反位形直线型装置”——一种成本更低、体积更小、能量密度更高的技术方案，将更有可能实现核聚变商业化应用。
今年上半年，瀚海聚能完成了5000万元的天使轮融资，投资方包括华映资本、奇绩创坛、轻舟资本、厚实资本。资金用于线性装置物理及工程设计，是瀚海聚能迈向商业化发电的第一步。
正被点燃的核聚变：43家公司融了62亿美元
世界上的第一家可控核聚变公司Princeton Fusion Systems成立于1992年。直到2017年，全世界的商业核聚变公司也只有14家，平均每年诞生0.5家。
但自2018年开始，商业核聚变公司呈现出快速增长的趋势。这一年全球成立了5家相关公司，2019年成立了7家，2021年成立了6家公司，2022成立了9家。截至2023年底，全球已有43家商业核聚变企业。其中美国公司多达25家。
这43家公司累计获得了超过62亿美元的融资。其中2018年成立的Commonwealth Fusion System(CFS)在2021年的C轮融资中就一口气募了18亿美元，创下了商业核聚变公司单笔融资之最。
一时间，好像所有的商界大佬和顶级机构都在关注这一赛道。比尔·盖茨投资了CFS、Type One Energy;贝索斯投资了加拿大公司General Fusion;腾讯投资了英国公司First Light Fusion;山姆·奥特曼投资了Helion。此外，谷歌、淡马锡、老虎环球基金、雪弗龙都是重要的投资者。
中国市场的发展速度也比想象中更快。
国内创业者/企业家已经创办了5家商业核聚变公司，分别是位于上海的能量奇点、合肥的聚变新能、西安的星环聚能，上市公司新奥旗下的核聚变项目，和项江创办的成都核聚变公司瀚海聚能。
项江，1996年进入中国科技大学等离子体专业学习，先后获得本科、硕士和博士学位，研究课题一直是磁约束聚变装置托卡马克。2006年博士毕业后，进入某核物理研究院从事激光惯性约束核聚变研究。在2018年离职前，他已经与核聚变打了20余年的交道。
项江说，最让他感到震撼的，是核聚变的商业化从少有人问津到产业加速，仅仅是最近两年发生的事。在2018年他刚刚辞职时，还想不到核聚变这项浩大的科学工程，竟然能够被这么多创业者和投资人相中。
太快了。这可能不仅是他的感受，也是所有人的看法。“永远是下一个50年”的技术好像正离我们越来越近。
时间倒回到2018年，项江告别科研。
当时，科大讯飞、国盾量子、寒武纪等中科大系的创业公司，在不断刷新融资记录登陆资本市场，“以前搞科研的投身创业非常少，但现在这群人实现自身价值的方式更加多元化了。”项江离职前夕也在考虑如何创业。
2018年他离开体制后，先是加入到国盾量子，后又回到中科大做科技成果转化服务。直到2022年初，两则消息的出现才让他找准了方向。
2022年2月，国内第一家核聚变公司能量奇点曝出天使轮融资近4亿的消息;一个月后，另一家公司星环聚能开始路演。
这两条消息让他备受震撼，“核聚变是一项极端复杂的大科学工程，商业公司能够在这上面创业完全出乎了我的意料。”
于是在2022年12月31日，项江在成都创立了瀚海聚能。这是全国第四家商业核聚变公司。
托卡马克，并非唯一答案
如果要问瀚海聚能与其他公司有何不同，那就是项江没有选择主流的技术路线托卡马克——也就是我们俗称的“甜甜圈”磁场构型，而是选择建设一座直线型的核聚变装置。
1958年，苏联科学家阿奇莫维奇设计建造了第一台托卡马克T-1装置。在经过两次升级改造之后，阿奇莫维奇向外宣布，T-3产生了1000万度等离子体。这远远超过其他各种装置上的参数，此后托卡马克就逐渐成为世界各国研究核聚变的主流选择。
与此同时，我国也选择了托卡马克作为主要研究路线。1993年，中国科学院等离子体物理研究所建成了第一台HT-7超导托卡马克装置。2006年，世界上第一台全超导托卡马克装置东方超环(EAST)首次成功放电。到去年，EAST在122254次实验中获得403秒稳态高约束等离子体，创下了运行时间的新纪录。
毫无疑问，这一技术路线是目前研发历史最悠久、最成熟、国际合作最深的方案。这也是国内外企业选择托卡马克的主要原因。
但项江告诉我，托卡马克对于商用核聚变公司而言，未必是最优的选择。他解释道，托卡马克是资金门槛最高的技术路线，实验装置的建设动辄需要数百亿人民币，商业堆的建设保守估计将达到上千亿。
2006年开始建造的国际热核聚变装置ITER项目，集合了中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国等主要科技强国，建造成本原计划为50亿美元并用十年建成，但现在投资总额已超过200亿欧元(超过1500亿人民币)，目前为止依然看不到投入的上限。
“按ITER的建造规模，它设计的是500兆瓦的能量输出，并网发电的话大概是200兆瓦，但是它的建造成本现在是在1000亿人民币以上，而且还只是一个试验装置。按照试验装置的规模推算下来，做成一个500兆瓦到1000兆瓦的商业堆，成本就需要2000亿到3000亿人民币。”
而且他指出，即使是小型化的托卡马克投入也不菲。2018年成立的Commonwealth Fusion Systems(CFS)，技术路线就是高温超导小型托卡马克。目前的融资体量已经超过20亿美元(140亿人民币)。未来这家公司要实现商业发电，还需要继续增加投入。
“如此高昂的建设成本，就难以实现商业上的闭环。”项江算过一笔账：核聚变的原材料中氘来源于海水中，长远来看成本几乎可以忽略不计。电站的建造成本，要看整个装置的运行周期和成本摊销。一般一个发电站的运行周期是30到50年，结合它的发电功率就可以算出总共能发多少电、每年的成本摊销，从而算出它的度电成本。
“托卡马克装置肯定可以实现发电目标，但度电成本将高达上万元/度，这对商业化有什么意义呢?”所以在项江看来，“大家显然都低估了托卡马克商业化的难度和成本。”
那有没有更经济的技术路线?我问。
“有，场反位形直线型装置。”项江向我说道。
线性装置：商业化更优的解决方案?
在介绍场反位形直线型装置之前，先厘清一个问题：为什么直线型装置在此前没有成为主流?
首先，核聚变的原理已经不是秘密：两个轻原子核(比如氘氚)结合在一起，会释放巨大能量。但要让两个原子核相互碰撞、结合，就必须让1亿摄氏度以上的高温等离子体保持运行，这样才能克服原子核之间形成的库伦排斥力。
反应堆需要将等离子体密封压缩在一个有限的空间中，防止逃逸，并达到极高的密度，才可能让原子核频繁碰撞、持续释放能量。而“甜甜圈”装置托卡马克就是起到这样的作用：设置一个真空环形通道，在螺线管形磁场的约束下，将1亿摄氏度的等离子体维持住。
如果高温能维持，等离子体能够保持高密度，核聚变就能可控地持续发生。如果原子核相互碰撞释放的能量，大于维持高温以及磁场所需要的能量，就能实现发电净值输出。
那么直线型装置的问题就显而易见了：它“管不住”等离子体。“直线型路线的原理是在直线形装置上，通过形成场反位形或磁镜的方式来约束等离子体。不过这种方法以前存在等离子体逃逸、损失的问题。所以在20世纪并不占优。”项江解释说。
但近年来随着新材料、新技术的发展使之成为可能。“比如高温超导磁体的使用，磁场强度大幅增加，大大提高了约束性能。以及半导体新材料和电子元器件的新发展，在功率电源等方面带来了很大提升。”
2000年前后，直线型装置逐渐被一些研究团队和商业公司验证。
1998年，美国Tri Alpha Energy(TAE)成立，这家位于美国加州的核聚变公司所采用的路线就是线性装置。而它的“接棒者”，2013年成立的Helion Energy，也是利用线性装置来实现商业发电。而且它提出了十分激进的商业化目标：2028年为微软供电50兆瓦，度电成本将逐渐降低至1千瓦时一美分。
这是什么概念?“美国很多地区的居民用电是 10 美分，在加州可能会是 20 美分，也就是说，一度电一美分，这可比现在所有电力的度电成本都要低。”
瀚海聚能的技术路线就是对标Helion，以场反位形直线型装置来实现核聚变最终的商业化。
按照项江的计划，在线性装置的基础上建造一个百兆瓦量级的发电站，成本仅为30-50亿元，短期内度电成本可以降到和火电的同一水平。相比于托卡马克实验装置建设就需要上百亿乃至数百亿的投入，这已经大大降低了成本。
那么如此低廉的造价又是如何实现的?
一方面，直线型装置不用建造许多托卡马克必须包含的大型昂贵周边设备，比如大功率加热系统以及大型冷却系统等。
另一方面，托卡马克装置多部位环环相套，一旦损坏，维修将会是一场大工程。而直线型装置采用模块化设计，一旦部件损坏，替换一个新的部件即可。“中间的很多模块可以复用，比如说电源诊断、控制系统等可以复用到下一代装置上，下一代装置只需要把中间的反应室换掉。”
这两方面决定了直线型装置开发迭代速度更快。
TAE从公司创立到现在的26年时间里，仅用了12亿美元的投资，就迭代5代装置，目前正在建设第6代装置。而Helion在2013年-2020年间，融资总额不到1亿美元，就将线性装置迭代到了第7代，“这是托卡马克装置难以想象的。”
更快的迭代速度，能够将工程化问题迅速检验，从而又更快地推进了商业化发电。这就不难理解，为什么Helion能够提出2028年实现供电的激进计划。
此外，直线型装置功率密度是托卡马克类的100-1000倍;而且它的应用场景更为灵活：“可以放在一个20米的空间内，”比一个篮球场的占地面积还要小。再加上核聚变安全无污染的特点，可以放置在社区、医院等场景中。“如果对大型项目如规模化工厂供电，只需要将多个发电单元进行并联组合即可。”
工程更简单、迭代速度更快、能量密度更大，体积更小。这些都大大降低了建造成本。
“托卡马克也有下降空间，这主要来源于高温超导磁体的成本降低。但高温超导磁体也只占它总成本的30%左右，也就是说3000亿的建造成本打个七折，依然要上千亿投入。而同等功率的线性装置总成本则是在百亿量级之内，还是非常有优势。”
今年上半年，华映资本、奇绩创坛、轻舟资本、厚实资本等向瀚海聚能投资了约5000万元。这笔融资与同行动辄数亿乃至十几亿的天使轮投入相比，确实非常少。“我们也需要大量的投入，但与同行相比成本小得多了。”项江说道。
短期商业化路线：生产中间产品中子源
当然，“便宜”不是打动投资方的唯一原因。
即使能够以足够低的成本实现核聚变商业化，依然需要漫长的等待。以2035年为时间节点，一家核聚变公司至少要撑过10年以上颗粒无收的真空期。
在拜访瀚海聚能之前，我就向几位熟识的投资人朋友请教过这一问题：你是否会投资一家核聚变公司?这些朋友中不乏专注于早期投资的机构，但大部分都给出了相同的回复：太早了，怎么商业化?
一家商业公司“十几年光靠融资款来支撑所有的研发，随时都可能倒掉，对吧?”项江的反问也正中投资人的下怀。
所以在创业之初，项江就规划了一条商业化路径。长期来看，发电售电或者向国营电厂提供核聚变整套设备及运营服务，是最终极的商业模式。但在中短期，通过销售核反应过程中产生的中子，应用于核医学领域也是可行的。
以放射性治疗中的硼中子俘获疗法(BNCT)为例。这是一种基于硼被中子击中产生裂变反应来杀死癌细胞的医疗技术。医疗机构为患者注射含硼(Boron)药物，药物和癌细胞有很强的亲和力，并很快聚集在肿瘤细胞内，然后对患者的肿瘤部位进行热中子(thermal neutrons)照射以杀死癌细胞。这一医疗技术中的“中子”就可以通过核聚变反应堆实现生产。
再以医用同位素供应为例。医用同位素是诊断和治疗用放射性药物的生产基础，但目前我国95%以上的产品都依靠进口，而且医用同位素大多半衰期短，不能长期储存，最好即产即用，这导致价格高居不下。但是核聚变反应堆能够生产30多种放射性核素，可以实现部分国产替代。
这两个医疗场景大约有千亿级市场规模。
而且设计这样一条核医学的商业路线并非纸上谈兵。
今年3月，厦门弘爱医院BNCT肿瘤中心，就与美国核聚变公司TAE(就是上述采用直线型装置的公司)建立了合作。TAE为弘爱医院建设小型核聚变装置，提供中子源产品用于癌症治疗，目前双方的合作已获得人类临床实验许可，即将取得三类医疗器械注册证。
另一家美国公司MIFTI，在去年底实现了1.5x10¹²个中子产额，这将极大地推动其在医用领域的应用。
国内机构也在探索核医学应用。今年1月，中国核动力院就牵头投资百亿在成都建设全球功率最高的溶液型医用同位素裂变堆，主要生产碘-131、钼-99等核素，预计在2028年投产。
上述三家公司/机构的动态，为核聚变提供了阶段性商业化方案。而且除了核医学外，核废料处置、工业检测等领域，也可以用到中子源产品。按照项江的商业规划，瀚海聚能将在2025年上半年建成第一代直线型装置，并成功放电;明年底着手第二代装置设计，并完成中子源产品基础，开启核医疗等系统的商业化落地。
这无疑是最打动投资方的一点，“ 核聚变商业化落地最乐观的预测也在10年以上，这是一个漫长的技术方向。国内大部分基金的存续期限都容忍不了那么长的时间。他们规划的中间产品有机会去实现商业闭环，这一点就非常重要。”轻舟资本董事总经理康建树向我说道。
核聚变什么时候实现?
2022年底创业，2023年公司开始逐步走入正轨。项江30%的精力花在找钱上，70%的精力花在找人上。好消息是，除了拿到了种子轮和天使轮融资外，已经有多名核聚变领域的著名科学家加入到公司，与核工业西南物理研究院、中国科学技术大学等科研院所的合作也在顺利推进中。
另外今年又有一个新热点，AI 的发展导致巨大的电力缺口，让行业的进度越来越快。“你看ChatGPT每天的耗电量50万度，这等于将近2万户美国家庭的日耗电量。”所以山姆·奥特曼说，“(AI)激励我们加大对核聚变的投资。”
那么回到我们开头的问题，核聚变什么时候将实现呢?
“当社会需要核聚变技术的时候，核聚变就能实现。”苏联核物理科学家阿奇莫维奇曾这么说过。显然，即将到来的“赛博社会”正需要核聚变变为现实。
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