业界动态
比比看,大洋两岸谁能先摘取能源"圣杯",核聚变,技术,装置
2024-07-09 14:30:18
比比看,大洋两岸谁能先摘取能源"圣杯",核聚变,技术,装置

?文观察者网专栏作者 青岚

“我们是六十年代的孩(hai)子,我们满脑子想着让世(shi)界更好,在这(zhe)个世(shi)界留下自己的印记,我们做到(dao)了”。

在纪录片《书(shu)呆子的胜(sheng)利(li)》(Triumph of the Nerds)中,电子表格之父丹?布(bu)里克林曾如此总结初代硅谷技术宅的情怀(huai)与理想。

作为(wei)人类(lei)能源(yuan)技术“圣杯”的核聚变,自然也(ye)没(mei)有脱离这(zhe)群立志改变世(shi)界又已(yi)腰缠万贯的技术宅视野。自打(da)微(wei)软(ruan)联合(he)创始(shi)人保罗·艾(ai)伦投资(zi)Tri Alpha Energy(今天(tian)的TAE Technologies)以(yi)来,硅谷巨富(fu)们的身影在核聚变领(ling)域正越来越活跃,以(yi)至于不久前发布(bu)的一份政策声明里,白(bai)宫方面不无得意地将投融资(zi)生态列为(wei)美国核聚变产(chan)业竞争力证明:“美国拥有世(shi)界上最具活力的核聚变产(chan)业,拥有世(shi)界上大多数民营核聚变公司(si),这(zhe)些公司(si)获得的股权投资(zi)占(zhan)全球总额的80%左右......将有助于巩固(gu)美国在开发这(zhe)一丰富(fu)且改变游戏规则的未(wei)来清洁能源(yuan)产(chan)业方面的全球领(ling)导地位”。

而在太平洋对(dui)岸的上海临港,“技术宅”在核聚变领(ling)域也(ye)有不小的动静(jing)。今年6月18日,初创企业能量奇点成功实(shi)现“全球首(shou)台全高温超(chao)导磁约束聚变装(zhuang)置(zhi)”等离子体放电,其主要外部投资(zi)者,正是以(yi)“技术宅拯救世(shi)界”为(wei)使命的米哈游。

与这(zhe)种“勃勃生机(ji)、万物竞发”的商业动态形成鲜明反差的是,7月3日,国际热核聚变反应堆(ITER)正式确认项目(mu)时(shi)间(jian)表延期,2025年的“第一束等离子体”节点被直接取消,氘-氚等离子体操作将一口气推迟(chi)至2039年,与项目(mu)早期规划相差近20年之久,项目(mu)成本则可能额外增加50亿欧元。而对(dui)这(zhe)个日益显露“白(bai)象”气息的项目(mu),公众的热情也(ye)已(yi)大大消退,或者说,更多的困惑开始(shi)涌现。

曾几何时(shi)象征(zheng)着核聚变演进“单行道”的ITER,在当下产(chan)业图(tu)景中的位置(zhi)显得模(mo)糊不清。

如果说技术宅拯救世(shi)界还太遥远(yuan),那么在产(chan)业化进度和公众关(guan)注度上,技术宅俨然正在拯救核聚变。

Scaling Law兴衰(shuai)

通过各种AI大模(mo)型新闻,Scaling Law这(zhe)个术语(yu)许多人恐怕已(yi)不再陌生,AI厂商在宣传其技术时(shi),也(ye)往往通过强调模(mo)型参数量等指标来迎(ying)合(he)“越大越好”的共识,而核聚变技术发展(zhan)史,同(tong)样存在着Scaling Law的深刻(ke)影响。

时(shi)钟回拨到(dao)1969年7月21日,尼(ni)尔·阿姆斯特朗将足迹留在月球的这(zhe)一天(tian),人类(lei)核聚变研究(jiu)同(tong)样翻开了新的篇章。受(shou)邀访苏的卡勒姆研究(jiu)所(suo)专家,当天(tian)正式确认了苏联同(tong)行在T-3托卡马克装(zhuang)置(zhi)上实(shi)现的空前性能,一场全球性的托卡马克研究(jiu)热就(jiu)此兴起。

伴随托卡马克装(zhuang)置(zhi)遍地开花,这(zhe)一技术路线的Scaling Law也(ye)浮(fu)出(chu)水面,美国学者罗伯(bo)特·戈德斯顿在对(dui)大量托卡马克装(zhuang)置(zhi)参数(如尺寸(cun)、磁场强度、加热功率)和生成的等离子体参数(如温度、密(mi)度、约束时(shi)间(jian))进行分析后,发现了装(zhuang)置(zhi)尺寸(cun)与等离子体品质之间(jian)的显著关(guan)联性,基于分析得到(dao)的经验公式可用于预测新装(zhuang)置(zhi)性能并指导设计(ji),通往自持反应的工程路径清晰明了,对(dui)此的极简概括就(jiu)是:越大越好。

从戈德斯顿的发现到(dao)ITER项目(mu)正式签约,核聚变研究(jiu)界对(dui)大装(zhuang)置(zhi)的信仰(yang)牢(lao)不可破,然而作为(wei)Scaling Law巅峰,承(cheng)载着“天(tian)庭盗(dao)火”梦想的ITER,在实(shi)施阶段却逐渐失速。

ITER之所(suo)以(yi)如此步履蹒跚,半因(yin)技术,半因(yin)管(guan)理。

关(guan)于其技术挑战,曾经的美国核聚变研究(jiu)“沙皇”罗伯(bo)特·赫希有过一段总结。在赫希看来,“ITER的成功运作将直接导致一种类(lei)似配置(zhi)的商用聚变发电系统,这(zhe)个假设几乎肯定是不正确的”,主要原因(yin)是氘-氚(D-T)聚变反应产(chan)生的高能中子持续轰击下,聚变堆内壁材(cai)料(liao)将很难避免产(chan)生损伤(shang),从监管(guan)到(dao)运营,相较传统裂变堆也(ye)难有本质差别,发电经济性成疑。2022年法国核安全局一度因(yin)高能中子防护设计(ji)的担忧叫(jiao)停ITER施工,也(ye)证实(shi)了赫希的担忧并非空穴来风。

正是基于这(zhe)样的认识,曾热情推动托卡马克大型化路线的赫希坦(tan)率承(cheng)认:“在项目(mu)开发的早期,工程和商业可行性必须被整合(he)和平衡,如果几十年前在磁聚变研究(jiu)中建立了这(zhe)样的平衡,可以(yi)肯定的是,托卡马克方法会向不同(tong)的方向引(yin)导”。

至于ITER的管(guan)理问题,则很大程度上肇始(shi)于项目(mu)建设地点之争。2005年5月,欧盟方面与日本达成协(xie)议,为(wei)换取后者退出(chu)选(xuan)址竞争,欧盟不仅(jin)承(cheng)诺了高比例的项目(mu)采购(gou)和资(zi)金(jin)补贴,还答应支持日本推荐的ITER总干事(shi)人选(xuan),并为(wei)日本预留相当比例的ITER行政人员编制(zhi),其后ITER项目(mu)实(shi)施阶段最关(guan)键的十年里,前后两任总干事(shi)均为(wei)日本人。

当迁就(jiu)各方利(li)益的管(guan)理架构和浸淫着“读空气”文化的日本管(guan)理者相遇,果然产(chan)生了奇妙的“化学反应”。松散的开放式科学项目(mu)管(guan)理风格大行其道,绩效管(guan)理与问责(ze)压力近乎于无,以(yi)至于2010年一次ITER评估会议中,美国代表团团长威廉(lian)·布(bu)林克曼忍无可忍地表示:“如果我能找到(dao)那个提出(chu)当前管(guan)理架构的人,我会亲手掐死(si)他”。(If I could get my hands on the person who proposed the current management structure, I would strangle him)

无论原因(yin)何在,落地进度一拖再拖的ITER,已(yi)然错失了全球多边合(he)作的黄金(jin)窗口期,波诡(gui)云谲的地缘环境(jing)大变局里,这(zhe)艘象征(zheng)着人类(lei)合(he)作精神的航船能否(fou)顺利(li)行驶到(dao)2039年,需要打(da)上一个大大的问号,去年12月欧洲核子研究(jiu)中心(CERN)叫(jiao)停与俄罗斯科研合(he)作,已(yi)经释(shi)放出(chu)一个不详(xiang)的信号。

更重要的是,ITER所(suo)代表的Scaling Law信仰(yang)正受(shou)到(dao)越来越多、越来越大的冲击,当下太平洋两岸的核聚变创业潮,抑或看似突然的美国惯性约束聚变进展(zhan),都与托卡马克大型化所(suo)代表的思路格格不入,新的核聚变技术潮流(liu)中,Scaling Law似乎已(yi)不再是必要的路标。

从气球到(dao)月球

事(shi)实(shi)上,早在托卡马克热潮兴起之初,已(yi)有学者对(dui)资(zi)源(yuan)押注于同(tong)一条技术路线表达过忧思。毕生致力于创新聚变概念研究(jiu)的理查德·波斯特,就(jiu)曾通过一个“从气球到(dao)月球”的寓(yu)言,警示了过早选(xuan)定技术路线的风险:“这(zhe)是关(guan)于一个原始(shi)文明决定登月的故事(shi),他们发明了气球,接下来的想法是,他们会制(zhi)造越来越强大的气球,显然每个气球都比上一个飞得更高,如果保持这(zhe)种节奏,气球最终会把我们带上月球”。

半个世(shi)纪后,波斯特的寓(yu)言一语(yu)成谶。诚然,托卡马克大装(zhuang)置(zhi)书(shu)写(xie)过并在继续刷(shua)新着辉(hui)煌记录,人类(lei)通过其获得的等离子体物理学知识及工程成果,也(ye)已(yi)极大助力了高端半导体装(zhuang)备、电磁弹射系统、核磁共振(MRI)等创新,但不可否(fou)认的是,大装(zhuang)置(zhi)距离无限能源(yuan)的“登月”承(cheng)诺依然遥远(yuan)。

(源(yuan)自核聚变研究(jiu)的医用超(chao)导磁体)

随着Scaling Law信仰(yang)松动,长期被遮蔽在旗舰项目(mu)“树(shu)冠”下的其他技术思路,也(ye)开始(shi)获得更多“阳光雨(yu)露”,当下的美国民营核聚变产(chan)业,正是观察这(zhe)一多元化趋势的极佳剖面。

如果将美国能源(yuan)部聚变示范基金(jin)资(zi)助企业名单连同(tong)“剑走偏锋”(反场位形FRC)的Helion Energy、TAE Technologies,共同(tong)视为(wei)美国核聚变产(chan)业“突击队”,那么通过简要梳理不难发现,托卡马克技术路线已(yi)成为(wei)其中的少数派,并且其实(shi)施方法也(ye)明显区别于ITER,而是与上世(shi)纪八十年代昙花一现的Inesco公司(si)相呼(hu)应,聚焦于紧凑(cou)型托卡马克装(zhuang)置(zhi)的开发。

以(yi)目(mu)前融资(zi)最多、风头最盛的Commonwealth Fusion System(CFS)为(wei)例,其技术验证堆SPARC和商用堆ARC,直径分别只有ITER的四分之一和一半大小,但通过新型高温超(chao)导磁体的应用,ARC的能量增益因(yin)子据称将超(chao)越ITER,且大幅轻量化的超(chao)导磁体也(ye)将显著降低(di)维护难度,提高电站可用性。根据规划进度,SPARC预计(ji)将于2025年末完成组装(zhuang)调试,而ARC预计(ji)将在2030年代初期实(shi)现并网发电。

在技术路线多点开花的同(tong)时(shi),对(dui)高温等离子体的控制(zhi)也(ye)涌现出(chu)重大创新。

长期以(yi)来,磁约束等离子体犹如用橡皮筋捆扎果冻,这(zhe)样的操作往往依赖于实(shi)践(jian)knowhow而非理论knowwhy,而有限经验或者说“手艺”,相当程度上保存在为(wei)大装(zhuang)置(zhi)服务的精英科学家圈子内,初创企业几乎不可能与之相提并论。

不过2022年2月,谷歌DeepMind团队在《自然》杂志发表了通过深度强化学习(RL)调控托卡马克装(zhuang)置(zhi)等离子体的成果,就(jiu)此开辟(pi)了一条全新路径,人们突然顿悟,神经网络“黑盒”与瞬息万变的等离子体或许正是天(tian)作之合(he),如一位美国学者所(suo)展(zhan)望的:“很有可能一些涉(she)及大振幅湍流(liu)的不透明过程将始(shi)终存在,我们可能永远(yuan)不知道为(wei)什么它(ta)能像那样工作,也(ye)就(jiu)是说,它(ta)可能就(jiu)像人类(lei)对(dui)火的使用”。

总体而言,自2021年末CFS拿下18亿美元巨额融资(zi)以(yi)来,全球核聚变研究(jiu)与产(chan)业化,已(yi)经进入到(dao)一个更生动又热闹的新阶段,赛马场上不再只有大型托卡马克在孤独奔跑。高温超(chao)导磁体、深度学习等软(ruan)硬件技术支撑下,多元探索正在揭示核聚变研究(jiu)新的可能性。

当然,回顾这(zhe)场如火如荼的热潮,人们也(ye)不该遗忘保罗·艾(ai)伦、比尔·盖茨这(zhe)些硅谷“老男孩(hai)”的贡献,他们的“钞能力”无疑大大加速了人力资(zi)源(yuan)与专有知识的重新配置(zhi),否(fou)则按照从原子能委员会(AEC)以(yi)降的传统,美国聚变研究(jiu)恐怕还将长期处于学术机(ji)构“自娱(yu)自乐”的状态。

那就(jiu)比比看吧

与AI大模(mo)型、半导体、商业航天(tian)类(lei)似,核聚变领(ling)域的进展(zhan),同(tong)样正被美国政坛“强行加戏”,植入地缘格局与大国兴衰(shuai)的叙事(shi)框架,并十分积极地寻求(qiu)在国际标准(zhun)、国际规则制(zhi)定中掌控话语(yu)权。

去年末白(bai)宫发布(bu)的聚变能源(yuan)发展(zhan)国际伙伴愿景中,明确提出(chu)了五个总体目(mu)标,包括“采取适当的技术保护和激励措施,防止掠夺性经济行为(wei);与主要伙伴国家和国际组织交流(liu)经验,在技术和政策问题上达成共同(tong)立场,支持聚变监管(guan)和出(chu)口管(guan)制(zhi)框架的协(xie)调”,其指向性不言自明。

其实(shi)早在2018年,美国能源(yuan)部就(jiu)发布(bu)了所(suo)谓的《中美民用核能合(he)作政策框架》,明确非轻水堆路线的先进反应堆技术一律执行推定拒绝审(shen)批原则,直接导致比尔·盖茨担任董事(shi)长的TerraPower公司(si)与中方合(he)资(zi)项目(mu)告吹,原定在华建造的新型行波堆胎死(si)腹中。

面对(dui)极具侵略性的“竞争”动作,把我们自己的核聚变事(shi)业发展(zhan)好,无疑是最掷地有声的回应。

美国宣传机(ji)器马力全开的鼓吹,的确向全球公众渲染出(chu)一种该国核聚变研究(jiu)占(zhan)尽先机(ji)的印象,以(yi)至于一些惯于“独立思考”的国内文人,已(yi)经输出(chu)了连篇累牍的意林式反思。然而讽刺的是,华盛顿智囊圈新秀巴亚克塔里(Ylli Bajraktari)却反而大声疾呼(hu):中国在核聚变生态系统的投资(zi)、组织和建设方面都已(yi)超(chao)过了美国。

近年来,除了继续聚焦大型托卡马克装(zhuang)置(zhi)研究(jiu)的西物院和等离子体所(suo)这(zhe)两大科研重镇,中国核聚变产(chan)学研用生态,同(tong)样已(yi)经涌现出(chu)多元技术与产(chan)业化路径的探索,

就(jiu)在2023年底,中核集团牵头,由25家重量级机(ji)构组成的可控核聚变创新联合(he)体已(yi)正式宣布(bu)成立,并举行了中国聚变能源(yuan)有限公司(si)(筹)揭牌仪式,一支以(yi)产(chan)业化为(wei)明确目(mu)标的“国家队”已(yi)经整装(zhuang)待发。

对(dui)于这(zhe)样的大手笔,巴亚克塔里的艳羡(xian)之情溢于言表,直言“它(ta)将把中国的努(nu)力统一为(wei)一个整体,并将负责(ze)扩大规模(mo)和部署的国有企业和公用事(shi)业公司(si)整合(he)在一起。在美国,这(zhe)种国家主导的努(nu)力是不存在的”。

当然,在这(zhe)位智囊看来,美国的长处在于市场经济,“与中国不同(tong),美国还拥有一个充满活力的商业生态系统,已(yi)经筹集了数十亿美元的资(zi)金(jin)”。

巴亚克塔里的自信,可能是一种巨大的误解,正如本文开头所(suo)提到(dao)的,商业公司(si)在中国核聚变生态圈同(tong)样活跃。

与美国同(tong)行相比,以(yi)“四朵金(jin)花”(新奥科技、能量奇点、星环聚能、聚变新能)为(wei)代表的中国核聚变商业公司(si),拿到(dao)的股权投资(zi)总量并不“寒酸”,仅(jin)以(yi)肩负紧凑(cou)型聚变能实(shi)验装(zhuang)置(zhi)(BEST,又名夸父启明)建设任务的聚变新能为(wei)例,6月底该公司(si)刚(gang)刚(gang)进行工商信息变更,显示已(yi)完成了超(chao)过10亿美元规模(mo)的新一轮融资(zi),累积融资(zi)额更是已(yi)经和美国龙头企业CFS基本持平。

而在资(zi)源(yuan)运用上,不同(tong)于各自为(wei)战指望“换道超(chao)车”的美国初创企业,中国公司(si)显示出(chu)对(dui)紧凑(cou)托卡马克的高度聚焦,其中重要技术路线—球形托卡马克之父彭元凯(Martin Peng),甚至就(jiu)在新奥能源(yuan)担任着首(shou)席科学家,资(zi)金(jin)、人才集中以(yi)及传统托卡马克技术的成果迁移(yi),使这(zhe)种“聚焦”模(mo)式成功几率,明显高于看似噱(jue)头辈出(chu)的美国核聚变商业圈。

更重要的是,核聚变试验装(zhuang)置(zhi)作为(wei)高度复杂的机(ji)电系统,其创新效率依赖于广(guang)泛的工业配套能力,就(jiu)拿美国目(mu)前风头最盛的两家企业CFS和Helion来说,前者“征(zheng)服”投资(zi)人所(suo)依靠的法宝—稀土钡铜氧(REBCO)高温超(chao)导带材(cai),就(jiu)依赖于全球超(chao)导强磁体产(chan)业链供应,根据媒(mei)体报道,其主要供应商之一的上海超(chao)导科技股份有限公司(si),目(mu)前已(yi)为(wei)全球三个电压等级最高的超(chao)导限流(liu)器、全球首(shou)台兆瓦级感应加热装(zhuang)置(zhi)、全球磁场最高的全超(chao)导稳态强磁体(32.3T)以(yi)及全球首(shou)条35kV公里级高温超(chao)导电缆等重大工程提供原材(cai)料(liao)。

至于剑走偏锋的Helion,其工程活动长期集中于美国本土西北角的华盛顿州,原因(yin)也(ye)非常简单,因(yin)为(wei)只有当地依托波音(yin)公司(si)而得以(yi)保留下来的航空航天(tian)供应链,才能够支撑Helion公司(si)的装(zhuang)置(zhi)研发与快速工程落地。

从这(zhe)样的视野审(shen)视,中国核聚变商业公司(si)的优(you)势一目(mu)了然,门类(lei)齐全、水平也(ye)与日俱(ju)增的中国工业体系,就(jiu)是我们攻坚克难的最大后盾,例如依托我国稀土磁材(cai)领(ling)域产(chan)业基础,米哈游所(suo)投资(zi)的能量奇点公司(si),目(mu)前正投入研发其下一代强磁场高温超(chao)导托卡马克装(zhuang)置(zhi)—洪荒(huang)170,该装(zhuang)置(zhi)计(ji)划于2027年完成建设,其配套新一代高温超(chao)导磁体磁场强度高达25T,足以(yi)超(chao)越CFS目(mu)前水准(zhun),预计(ji)今年底就(jiu)将完成制(zhi)造和测试。

有心栽花花不成,无心插(cha)柳柳成荫,几年来核聚变研究(jiu)领(ling)域的变化,或许恰印证了这(zhe)句古老箴言,随着以(yi)企业为(wei)主体的创新生态日趋活跃,核聚变走向实(shi)用化,应该不需要再等待另一个30年或者50年了,至于大洋两岸的“技术宅”们谁能率先摘取无尽能源(yuan)“圣杯”?

这(zhe)么酷的事(shi)情,就(jiu)比比看吧。

来源(yuan)|心智观察所(suo)

发布(bu)于:上海市
版权号:18172771662813
 
    以上就是本篇文章的全部内容了,欢迎阅览 !
     资讯      企业新闻      行情      企业黄页      同类资讯      首页      网站地图      返回首页 移动站 , 查看更多   
sitemapsitemap1sitemap2sitemap3sitemap4sitemap5sitemap6sitemap7