美国焦虑：在核聚变方面正在输给中国

序曲

1952年，美国首次大规模使用聚变技术进行氢弹试验。在此后的七十年里，世界各地的科学家一直在努力利用聚变反应发电。

当氢原子达到足够高的温度，它们融合在一起，形成一种被称为等离子体的过热气体时，就会发生聚变反应。理论上，在这个过程中释放的物质可以转化为巨大的能量，但等离子体很难控制。一种流行的方法是使用强大的磁铁来悬浮和控制托卡马克内部的等离子体，托卡马克是一种金属环形装置。另一种使用高能激光方式，指向胡椒粒大小的燃料颗粒，迅速压缩并内爆。

核聚变通常被称为清洁能源的圣杯，每公斤燃料产生的能量是传统核裂变的四倍，是燃烧煤炭的四百万倍，没有温室气体或长期放射性废物。据Ignition Research称，如果一切按计划进行，到2050年，这个市场将至少达到1万亿美元。

2022年，美国在劳伦斯利弗莫尔国家点火设施（NIF）实现了历史性的首次聚变点火，产生了净正能量。

根据聚变行业协会FIA的数据，自那以后，美国聚变初创公司的私人投资已从2021年的12亿美元飙升至80多亿美元。在国际汽联的40家成员公司中，有25家位于美国。

随着大型科技公司寻找满足人工智能数据中心日益增长的电力需求的方法，由裂变而非聚变产生的传统核能的投资大幅增加。亚马逊、谷歌和Meta签署了一项承诺，到2050年将全球核能增加两倍。

美国正在竞相创造第一个电网规模的核聚变能源。美国在这个领域领先了几十年，但是，中国花费了两倍的资金，正在迎头赶上，并以创纪录的速度建设项目。

虽然美国拥有最活跃的核电站，但中国是新项目之王。

中国EAST全超导托卡马克装置。

尽管在美国率先采用该技术近四十年后，中国的第一座反应堆破土动工，但中国现在建造的裂变发电厂比其他任何国家都多。

中国在21世纪初加入了核聚变竞赛，比美国晚了大约50年，当时它与30多个国家一起在法国的国际热核实验反应堆聚变大型项目上进行了合作。但ITER此后遭遇了重大延误。

这场竞赛在各个国家之间展开，但美国私营部门仍处于领先地位。据国际汽联称，在全球80亿美元的私人聚变投资中，有60亿美元在美国。

Commonwealth Fusion Systems是一家诞生于麻省理工学院的初创公司，从比尔·盖茨、杰夫·贝佐斯和谷歌等公司筹集了近20亿美元的资金。

总部位于华盛顿的Helion从Open AI的Sam Altman等投资者那里筹集了10亿美元，并与微软达成了一项雄心勃勃的协议

到2028年将聚变能输送到电网。谷歌支持的TAE Technologies已融资12亿美元。

但是，在公共资金方面，中国遥遥领先。

据能源部聚变能源科学办公室称，据报道，中国每年为此投入15亿美元，而过去几年，美国联邦政府用于聚变的资金平均每年约为8亿美元。

美国参议员和核聚变专家在2月份发表了一份报告，呼吁提供100亿美元的联邦资金，以帮助美国保持领先地位。

但在反应堆规模方面，美国可能已经失去了领先地位。一般来说，占地面积越大，反应堆加热和限制等离子体的效率就越高，从而增加了获得净正能量的机会。

2025年1月11日的一张卫星图像显示，中国绵阳的一个大型核项目似乎包括四个激光舱，指向一个大约足球场大小的安全壳圆顶，大约是美国国家点火聚变设施的两倍大。

中国现有的国家托卡马克项目EAST一直在创造纪录，在过去的几个月里，它与法国的WEST项目齐头并进，在反应堆内实现了有史以来最长的等离子体封闭，尽管这是一个比净正能量更小的里程碑。

另一个由国家资助的中国大型项目CRAFT将于今年完工。中国东部耗资7亿美元、占地100英亩的核聚变园区还将拥有一个名为BEST的新托卡马克装置，预计将于2027年完工。

FIA的霍兰德表示，中国的CRAFT似乎遵循了数百名科学家在2020年发布的美国计划。

他说：“美国国会没有采取任何行动来花钱将其付诸行动。”。“我们发表了这个东西，然后中国人去建造了它。”

中美技术路径与进展对比

1. 美国：激光核聚变突破，商业化受阻

• 历史性突破

  ：2022年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）首次实现“净能量增益”——聚变输出能量超过输入能量。

  
  

• 技术瓶颈

  ：激光点火需每秒高频重复，但现有技术无法满足；高能激光的热管理问题仍待解决。

  
  

• 私营企业发力

  ：美国核聚变初创公司融资额达80亿美元，占全球总额的75%。MIT衍生公司Commonwealth Fusion Systems（CFS）计划2027年用超导磁体建成SPARC装置，目标实现并网发电；Helion Energy与微软合作，目标2028年向电网供电。

  
  

2. 中国：托卡马克主导，规模与速度碾压

• 磁场约束技术领跑

  ：中国“人造太阳”EAST装置多次刷新等离子体运行纪录（如2024年实现1亿摄氏度超长运行），其下一代装置CRAFT（中国聚变工程实验堆）预计2027年建成。

  
  

• 激光核聚变新布局

  ：2025年卫星图像显示，中国绵阳新建的激光核聚变设施规模是美国NIF的两倍，可能采用“核聚变-裂变混合堆”技术，虽存在安全争议，但建设速度远超美国。

  
  

• 民企崛起

  ：上海Energy Singularity（能量奇点）仅用3年建成全球首台全高温超导托卡马克“洪荒70”，国产化率超96%，目标2030年实现商业发电。

  
  

资金与人才：中国“火力全开”，美国“渐失先机”

1. 公共资金投入悬殊

• 中国

  ：年均投入15亿美元，是美国的近两倍（美国联邦年均8亿美元）。

  
  

• 美国

  ：2022年拜登政府曾提议增加核聚变预算，但特朗普第二任期削减联邦开支，未来资金前景不明。2024年参议院报告呼吁拨款100亿美元维持优势，但未获通过。

  
  

2. 人才与专利争夺战

• 中国

  ：核聚变相关专利数量全球第一，博士数量是美国的10倍（据《日经亚洲》数据）。

  
  

• 美国

  ：人才流失严重。MIT前高管罗伯·穆米厄德（Bob Mumgaard）坦言：“我们曾帮中国建设备，现在反遭反噬。”私营企业抱怨中国“复制设计”（如Helion指控其技术被仿制）。

  
  

3. 供应链掌控

• 中国

  ：通过“高效供应链”快速推进项目，如Energy Singularity仅用2年完成托卡马克设计到放电。

  
  

• 美国

  ：关键材料（如超导磁体、半导体）依赖进口，Helion CEO戴维·基尔特利（David Kirtley）指出：“中国正垄断供应链，如同当年太阳能和电动汽车电池。”

  
  

战略博弈：中国“超车”与美国“焦虑”

1. 美国的“陈旧设施”困境

• 美国多数托卡马克装置已服役30年以上，如普林斯顿等离子体物理实验室的装置仍在升级中。
• 中国则通过“夸父计划”等国家级项目快速迭代，2025年建成的CRAFT园区占地100英亩，整合科研与产业资源。

2. 技术路线之争

• 中国

  ：双轨并行——托卡马克主攻磁约束，激光聚变探索新路径。

  
  

• 美国

  ：私营企业分散押注，技术路线包括激光、磁约束及离子束等，但缺乏统一战略。

  
  

3. 地缘政治隐忧

• FIA CEO安德鲁·霍兰（Andrew Holland）警告：“中国可能复制美国2020年提出的核聚变蓝图，而美国却未行动。”
• 美国担忧中国“核聚变-裂变混合堆”或规避国际核安全监管，加速技术落地。

未来展望：2030年代或现“分水岭”

• 中国时间表：

• 2027年：CRAFT托卡马克建成，验证商业可行性。
• 2035年：Energy Singularity计划并网发电。

• 美国目标：

• 2028年：Helion力争成为首个并网的私营企业。
• 2030年代中期：CFS SPARC装置实现电网级输出。

一场关乎能源霸权的“核聚变马拉松”

尽管美国在私营企业融资和早期技术上仍占优，但中国凭借国家主导的巨额投入、快速建设能力和供应链整合，正在重塑全球核聚变竞赛格局。正如MIT教授丹尼斯·怀特所言：“谁先掌握可控核聚变，谁就掌握了未来能源的钥匙。”这场竞赛不仅关乎技术突破，更是一场关于国家意志、战略耐心与产业生态的全方位较量。若美国无法在公共资金、设施升级和供应链上迎头赶上，失去的不仅是清洁能源的主导权，更是未来全球经济与科技话语权的根基。

小知识：托卡马克——束缚"人造太阳"的磁笼

⚡ 托卡马克Tokamak是什么：它苏联1950年代发明的环形装置，用超导磁体将1亿℃等离子体悬浮在真空室中，避免熔毁容器。托卡马克是一环形装置，通过约束电磁波驱动，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，并实现人类对聚变反应的控制。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。
托卡马克原理：

1. 注入氘氚燃料 → 2. 电磁波加热至恒星温度 → 3. 磁场约束等离子体旋转 → 4. 氢核聚变释放能量
   全球竞赛：

• 中国EAST：1.2亿℃运行1056秒（2023年纪录）

• 美国SPARC：赌注高温超导磁体，体积缩小97%

• 欧盟ITER：耗资220亿美元，进度落后中国5年