有头有脸的VC都去投核聚变了

2022-07-07 10:46

  CFS诞生初衷是为了构想最小可行产品以降低成本,后来突破了高温超导技术,也就可以实现更快、规模更小、成本更低的商业化路线。目前,它计划在美国建立一座核聚变反应堆SPARC,占地近47亩,2025年实现核聚变发电。

  除了上述投资方,腾讯也一早紧盯可控核聚变。英国First Light Fusion (FLF)公司背后的投资方就有腾讯,它原是从牛津大学分离出来的一家机构,2011年成立,2022年2月获得4000万美元投资,已获得1亿多美元融资。

  米磊认为,科学理论上已经证明可控核聚变的可行性,近些年高温超导技术的突破,让这件事的成本大幅压缩。“所以才会涌现出创业公司”。

  孙登科提到,国家对前沿科技的支持,大概率会让这些有发展前景的创业公司登录科创板,“我们不太愁回报。”

  加拿大核聚变公司GF的首席执行官Mowry认为,核聚变行业与航天业有许多相似之处,航天业原先也是集中在政府机构层面展开,如今灵活的私营领域充满干劲和想象力,为航天业注入了更多活力,这是聚变行业的Space X时刻。

  目前,全球30家左右从事核聚变的私营公司获超40亿美元的融资,近一半公司在过去5年间成立,其中,美国、英国所占数量位居前二,发展中国家只有中国和印度有。

  这意味着,未来将不断涌现出创业者,而这些创业者也能追求除国家和国际机构一直坚持的标准设计之外的新技术,遍地开花的时代来了。

  绕不开的小科普

  关于核聚变,一定要厘清几个问题。

  第一,为什么要做这件事?

  人类没有什么社会活动不需要能源,世界上约86%的能源来自化石燃料。能源一般分为六大类,煤炭、石油、天然气、水能、核能、非水可再生能源。前三类为化石燃料,后三类为非化石能源。也就是说,煤、石油、天然气是我们现在能源的主要来源。

  石燃料不仅会枯竭,环境污染还严重,被认为是每年导致全球880万人死亡的原因。这也是为什么都在大力发展可再生能源、清洁能源,而这个世界上最被认为取之不尽、用之不竭还不污染环境的能量来源,一直是太阳。

  也就是说,如果实现了对太阳能源的有序获取、有序使用,人类可能就得到了永动机,什么化石能源、能源危机、环境污染,通通不用再纳入我们的考虑范围了。

  如何实现这一目标?人类需要做一个“像太阳”的永动机。太阳为什么可以持续不断发光、发热、输送能量?

  有三个个条件,第一,电子从原子轨道上脱离,原子核和电子形成高速运动的等离子体状态,相互碰撞;第二,巨高温、高压条件。第三,碰撞次数要多,持续时间要长。说白了,这就是核聚变。

  可控核聚变呢,就是让这个爆炸不要一下子全部爆开,而是缓慢释放,将释放的能量用来发电。那人类可不就是制造了一个小太阳么,太阳就是不断发生核聚变放出光和热。

  第二,能在地球上实现核聚变吗?

  为了不将这个问题复杂化,只是便于读者理解,我们简单来了解一下。

  实现核聚变反应有两个途径,一般是氢原子,两个元素氘(D)和氚(T)发生反应释放能量;另一个办法是两个氦-3原子发生反应。

  这些听上去不知道是什么玩意儿的东西好找吗?

  氘(D)呢,在海水中能找到,含量在0.02%,1L海水中氘发生的核聚变相当于300L汽油产生的能量;氚(T)需要在裂变堆中轰击锂元素产生。

  氦-3地球上的资源有限,广泛分布在月球表面,这也是为什么各个国家都有自己的登月计划,他们也都想探寻月球表面氦-3的资源位置。

  有了这些元素还只是第一步,接下来,就要实现太阳内部的高温高压环境。这里有两个途径,第一是惯性约束,第二是磁约束核聚变。

  惯性约束通过高能激光进行;磁约束一般要通过托卡马可装置或者仿星器,终于来到托卡马克这个东西了。

  托卡马克是世界上各个国家做核聚变没有办法绕开的,因为它实验效果好、成本低,再加上高温超导体的发展更容易实现强磁环境。

  比如上面提到的CFS公司,用的就是托卡马克,能量奇点的规划也是建设小型托卡马克装置,星环聚能的技术路线是球形托卡马克。

  第三个问题,卡在哪儿了?

  最重要的,还是成本问题。直到今天,还没有任何国家和团队实现了正输出,也就是说,产生的能量需要耗费更大的能量。

  第四个问题,人类的可控核聚变发展到什么程度了?

  可控核聚变这件事情已经有70年的历史了。70年前,物理学家们一直梦想着用使太阳发光的核聚变反应为电网供电。

  1958年,苏联科学家首先提出“托卡马克”概念并开展研究;

  1980年,美国通用原子能公司建造DIII-D;

  1983年欧洲启动欧洲联合环(JET)计划,很长一段时间都是世界最大的托卡马克;

  1985年日本研制出JT-60,曾经的世界三大托卡马克装置之一,运转实验超过三万次;

  1988年 苏联库尔恰托夫研究所研制出T-15,并在解体前夕将T-7赠送给我国,为我国相关领域的研究提供了很大帮助。

  1985年ITER项目启动,一开始拒绝中国加入,2002年经过欧盟、俄罗斯、日本协商,允许中国加入,2006年七个成员国签署协议,项目重启,这是世界最大的聚变计划。

  ITER建于法国南部,35个国家出资,造价至少达220亿美元。首次试运行定于2025年,完全的聚变还要等到2035年。

  再来看我国,我国核聚变研究起始于60年代,1970年开始自主设计实验装置,1984年建成中国换流器一号。然后结合苏联送给我们的T-7,1994年建成了“合肥超环”,此后进入快速发展阶段。

  2007年,我们又自主设计了世界首个全超导托卡马可装置东方超环,也就是EAST,得到国际上的关注。2021年5月,东方超环实现了1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒的等离子体运行,即它可以运动一段时间了,突破了世界纪录。

  也就是说,我国现在在可控核聚变的研究上,并不落后。

  中国市场第一家致力于商业化核聚变的公司是在河北的新奥集团,它是一家传统清洁能源公司,2018年联合北京大学、日本东京大学等高校创立了新奥核聚变科技研发公司,现在获得1.5亿美元的资金投入,说是2019年建造了中等规模的球形托卡马克。

  接下来就是上面刚拿到融资的两家创业公司,能量奇点、星环聚能。

  而在世界上还有多家公司不容忽视,除了我们上述提到的CFS(Common Wealth Fusion)、FLF(First Light Fusion)。

  General Fusion(GF)是一家加拿大公司,现已获2亿美元融资,现委托英国聚变研究中心在伦敦以西的泰晤士河河湾处卡姆勒村庄建设已做示范站,计划2025年运行。

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