在人類對可持續(xù)能源的不懈追求中，核聚變技術(shù)以其清潔、高效的獨特優(yōu)勢，正逐步從實驗室走向商業(yè)化，成為全球企業(yè)家的矚目焦點。這種被譽為“人造太陽”的技術(shù)，不僅有望滿足人類對能源的持續(xù)需求，更有望為投資者帶來可觀回報。

中國科大核科學(xué)學(xué)院教授孫玄對核聚變技術(shù)進行了多維度、深入細致的剖析，不僅揭示了其深厚的技術(shù)底蘊，還前瞻性地描繪了其在能源領(lǐng)域的廣闊發(fā)展前景，彰顯了該技術(shù)作為未來能源變革核心力量的巨大潛力與商業(yè)機遇。合肥綜合性國家科學(xué)中心能源研究院教授級研究員孔德峰帶領(lǐng)大家參觀了托克馬克實驗室，中國科大國家同步輻射實驗室黨委書記、副主任李良彬帶同學(xué)們參訪了中國科大國家同步輻射實驗室，實探核聚變最前沿。

七十年磨一劍，

核聚變技術(shù)商業(yè)化提速

自20世紀(jì)50年代起，核聚變技術(shù)便開啟了其漫長的研發(fā)之旅。盡管目前暫未實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，但其巨大的商業(yè)化潛力已不容忽視。

孫玄

中國科大核科學(xué)學(xué)院教授

孫玄教授指出，核聚變被譽為“人類能源利用的圣杯”，是利用宇宙中最普遍能源的開始，或可認(rèn)為是人類跨越到文明1.0的標(biāo)志，是必定要做成的事情。

但同時核聚變也是人類科技有史以來的最大挑戰(zhàn)之一。航天登月計劃于1961年開始啟動，1969年Apollo號登月成功。第一顆原子彈的研制從1942年開始，經(jīng)過3年成功實現(xiàn)核爆炸。第一顆氫彈的研制耗時7年。而核聚變從20世紀(jì)60年代就開始研究，到今天仍然沒有實現(xiàn)，被調(diào)侃為“永遠的30年”。

核聚變是一種在高溫高壓條件下，將兩個或多個較輕的原子核聚合成一個較重的原子核，并釋放出巨大能量的過程。它以其高能量密度、清潔無核廢料及豐富燃料來源等優(yōu)勢，成為了極具吸引力的能源形式之一。目前應(yīng)用較為廣泛的聚變?nèi)剂鲜请?氦-3。海水中含有大量的氘元素，同時月球上有豐富的氦-3礦，這都為核聚變提供了豐富原料。一克氘氚燃料所釋放的能量相當(dāng)于8噸石油。

核聚變實現(xiàn)的難點在于燃料的不穩(wěn)定。燃料為高溫等離子體，被稱為“monster”，極難被限制住，目前的控制方式是磁性約束和慣性約束，托卡馬克裝置即是用磁籠來限制高溫等離子體的位置和運動路徑。

事實上，對核聚變研究已經(jīng)重點放在對等離子體的研究上。孫玄教授介紹，等離子體具有廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景，包括核聚變核電站、可用作深空旅行的等離子體推進器、碳捕集利用、廢水處理、垃圾處理、生物醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)應(yīng)用等方面。

核聚變電站

近年來，全球?qū)司圩兗夹g(shù)的重視和期待持續(xù)升溫。美國政府在2022年的聚變峰會上發(fā)布計劃，預(yù)計在2035-2040年間建成首代聚變電站。同時，全球多個實驗性聚變反應(yīng)堆如中國的EAST、HL-3等相繼建成，為核聚變的商業(yè)化奠定了堅實基礎(chǔ)。目前國內(nèi)對核電站的需求大約為100億元/年。

核聚變技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化后，成本能否與太陽能、潮汐能、化石能源等競爭，成為各家企業(yè)需要考量的要點。但從戰(zhàn)略發(fā)展角度來講，需要放長眼光，社會發(fā)展需要的能源規(guī)模在指數(shù)級增長，核聚變終歸會成為第一能源形式。

等離子體推進器

深空探索是未來三大科技方向之一，其他兩個是量子計算和核聚變。目前馬斯克的移民火星計劃使用的是基于傳統(tǒng)技術(shù)的推進器，未來如果等離子體推進器研發(fā)成功，速度可達到30-50km/s，可在1個月內(nèi)往返火星，比目前馬斯克使用的快10倍左右。

推進器方面，目前有國外企業(yè)在做FRC推進和電磁推進，有做成聚變推進器的潛力。國內(nèi)合肥有好幾家火箭衛(wèi)星發(fā)射公司也在探索太空推進器，市場融資也已進行了兩波。

碳捕集利用

利用電高爐和碳捕集技術(shù)，將煤礦轉(zhuǎn)化為煤電、煤氣等，并捕捉二氧化碳，捕捉效率目標(biāo)達到100%。目前正在進行商業(yè)化，并希望進入國家計劃，實現(xiàn)和煉鋼集團的合作，助力雙碳戰(zhàn)略。

廢水處理

通過兩個高壓電池在廢水池兩端放電，再用雙氧水和臭氧殺菌凈化分解，實現(xiàn)對廢水的處理。

垃圾處理

垃圾處理的市場空間巨大。等離子體電弧放電的能量密度很高，溫度在7000度以上，用來融化金屬、放射性物質(zhì)都不在話下。無論什么垃圾都可被汽化為粒子態(tài)，再經(jīng)過篩選得到重新利用。目前法國已經(jīng)有了利用等離子體爐子實現(xiàn)廢物處理的工廠，國內(nèi)這種廠比較少，是否存在廣闊商機需要繼續(xù)跟進考察。

生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

高壓電極產(chǎn)生的等離子體射流可以用于牙科殺菌、皮膚表面燒傷后的殺菌以及其他消毒場景，還可制作等離子體面具。

農(nóng)業(yè)應(yīng)用

等離子體可用于種子處理，進行表皮改性、基因變異，也可用于土壤處理，以降低有機物含量，提高土壤健康度。

大國擔(dān)當(dāng)

EAST引領(lǐng)全球科研與商業(yè)化潮流

在本模塊課程中，同學(xué)們有幸在合肥綜合性國家科學(xué)中心能源研究院教授級研究員孔德峰的帶領(lǐng)下走進托克馬克實驗室，親臨全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)的現(xiàn)場。

EAST是國際首個、國內(nèi)唯一的全超導(dǎo)托卡馬克裝置，這一凝聚中國智慧與科技力量的杰作，憑借其獨特的磁約束與真空絕熱技術(shù)，成功構(gòu)建起一個受控核聚變的環(huán)形殿堂，致力于通過精密的磁約束機制駕馭高溫等離子體，解鎖核聚變反應(yīng)的無限潛能。

作為國際舞臺上少數(shù)能夠與國際熱核聚變實驗堆(ITER)并肩的科研先鋒，EAST已穩(wěn)健運行18年，并多次創(chuàng)造托卡馬克裝置等離子體長脈沖運行的世界紀(jì)錄。EAST不僅在全球穩(wěn)態(tài)磁約束聚變研究領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，還推動了我國磁約束核聚變技術(shù)的全面發(fā)展，實現(xiàn)了核心技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟與社會效益。

尤為值得一提的是，EAST的輝煌成就遠不止于科研領(lǐng)域。它的建設(shè)與運行，如同一股強勁的東風(fēng)，激發(fā)了國內(nèi)企業(yè)自主創(chuàng)新的澎湃動力，推動了我國磁約束核聚變技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的全面升級。從技術(shù)研發(fā)到關(guān)鍵部件制造，再到核心技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，EAST不僅實現(xiàn)了自身技術(shù)的飛躍，更為我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展注入了強勁的綠色動能，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟與社會效益。

先進光源

加速產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與變革

同步輻射光源在核聚變領(lǐng)域具有重大意義，它不僅是研究極端條件下材料性能和等離子體狀態(tài)的重要工具，還推動了物理學(xué)、材料科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，對核聚變商業(yè)化進程具有不可估量的推動作用。

李良彬教授為同學(xué)們詳細介紹了同步輻射光源。

李良彬

中國科大國家同步輻射實驗室黨委書記、副主任

同步輻射光源可以用于研究托卡馬克裝置中使用的材料，例如高溫超導(dǎo)材料、壁材料等，以了解其在極端條件下的性能和行為。

此外同步輻射光源可以作為一種診斷工具，用于研究托卡馬克裝置中的等離子體狀態(tài)，例如電子密度、溫度分布等，用來測量等離子體的不穩(wěn)定性和能量傳輸?shù)刃阅堋?/p>

通過提供高強度、高穩(wěn)定性的光束，同步輻射光源幫助科學(xué)家優(yōu)化了托卡馬克裝置中的材料選擇和等離子體約束性能，為核聚變技術(shù)的穩(wěn)定性和效率提升奠定了基礎(chǔ)。

同時，這一光源的應(yīng)用也加速了核聚變技術(shù)的商業(yè)化進程，通過降低建設(shè)和運行成本、增強技術(shù)可行性與市場競爭力，推動了核聚變技術(shù)從實驗室走向工業(yè)應(yīng)用。此外，同步輻射光源還促進了國際科技合作與交流，共同應(yīng)對核聚變技術(shù)商業(yè)化過程中的挑戰(zhàn)，加速了其全球普及和應(yīng)用，為人類實現(xiàn)清潔、高效的能源未來提供了有力支持。

同學(xué)們還參觀了中國科大國家同步輻射實驗室。

參觀中國科大國家同步輻射實驗室

展望未來，隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和環(huán)保意識的提升，核聚變技術(shù)有望成為未來主導(dǎo)能源之一。在科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進步與創(chuàng)新驅(qū)動下，核聚變的效率和安全性將不斷提升，為人類帶來更加美好、可持續(xù)的能源未來。同時，政府、企業(yè)與科研機構(gòu)的緊密合作與持續(xù)投入，將加速核聚變技術(shù)的商業(yè)化進程，推動其從夢想走進現(xiàn)實。

圖為世界其他國家在核聚變領(lǐng)域的重大投資項目

長江商學(xué)院碳路先鋒課程，專為中國企業(yè)家當(dāng)下需求而精心設(shè)置，助力新時代企業(yè)家對碳達峰、碳中和的全過程、全方位、全領(lǐng)域有全面的認(rèn)知和把握;對碳達峰、碳中和所推動的商業(yè)文明，新的商業(yè)變革、新的社會變革、新的產(chǎn)業(yè)變革以及新金融的變革有全面認(rèn)知和把握;對碳達峰、碳中和如何在企業(yè)實操和落地，如何把碳轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)，如何將公司碳治理轉(zhuǎn)化為企業(yè)價值;如何利用碳金融、碳貿(mào)易發(fā)展企業(yè)等問題有深刻理解和把握。