去年全球核聚变创业公司就融了34亿美元，7倍于美国政府核聚变研究开支。
文丨贺乾明
编辑丨黄俊杰
1930年，经济学家约翰·凯恩斯（JohnMaynardKeynes）刊发了一篇短文[1]，预言说一百年后，人们不再需要为生计操心，每天只需要工作3小时。
尽管前一年爆发的大萧条正在碾碎全球经济、纳粹被选为德国国会第二大党，但凯恩斯保持着一贯的乐观。他认为所有的崩坏都只是发展的阵痛，预言19世纪到20世纪不断爆发的科学发现与技术发明将重塑世界。
现在距离凯恩斯的设想只剩8年，没有哪个国家，普通人可以奢望每周工作15小时就过上不错的生活。
要说科技的进展有哪里让凯恩斯失望，能源技术似乎是显而易见的问题。能源价格正在显著增加全球的生产、生活成本。西欧天然气价格涨了160%，根据媒体测算[2]，一个德国四口之家一年的取暖费就涨到了4048欧元（约2.75万元人民币）。而中国正在经历一场多年未见的电力供应短缺，95号汽油也一度涨到了每升10元——开车10公里光油费就比外卖费高。
即便不考虑战争影响，2021年全球消耗的电力也比前一年多了6%。光填补这个缺口，需要世界上的太阳能设备数量翻一倍，或新建超过200个核裂变反应堆，扩大核泄漏的风险。如果用煤炭填补缺口，人类一年得多烧1.8亿吨煤，向大气中排放约5.3亿吨二氧化碳，让地球变得更燥热。
如果用可控核聚变，理论上需要的燃料重量只有煤炭的1/10000000，不会排放二氧化碳，也不会像现在的核裂变发电站那样，可能泄漏危害环境上百年的辐射物质。
“当社会需要核聚变技术的时候，核聚变就能实现。”1950年代，苏联的核物理科学家列夫·阿尔茨莫维奇（LevArtsimovich）这么说道。
今天社会显然需要可控核聚变这样奇迹般的技术。能不能实现不好说，但投入这番事业的人和资本前所未见。
全球现在有30多家核聚变创业公司。据PitchBook统计，2021年全球核聚变创业公司融了34亿美元（约合人民币230亿元），是同期美国政府核聚变研究预算的近7倍，也远高于美苏两国在冷战期间每年为此投入的经费。
出资最多的不再是大国政府，而是富人和风投机构。他们希望用更多钱、更高的效率，解更难的题。
在中国，今年连续出现两家天使轮融资过亿的核聚变创业公司，一个是清华大学核聚变团队参与创办的星环聚能，6月从顺为、昆仑、险峰、红杉等10多家风投筹集了数亿元，之后就请工人24小时三班倒建第一个实验用的场地。
另一个是能量奇点，今年2月，从米哈游、蔚来资本、红杉和蓝驰筹集近4亿元，现在与中国核工业西南物理研究院签了协议，一起开发核聚变装置。
我们还了解到，还有一个新组建的核聚变团队正拿着商业计划书找投资人筹集上亿元资金。
投身于此的一些创业者和投资人相信，美国民营航天的今天，就是可控核聚变的明天，行业里一定会出现SpaceX。
不过SpaceX2002年成立的时候，距离加加林进入太空40多年、阿姆斯特朗登月30多年。SpaceX的大部分进展是以更低成本解决NASA解决过的问题。而核聚变是大国政府努力半个多世纪也没能突破的难题。
原理早已清楚
技术上怎么实现也在60年前就已明晰
早在造出原子弹的曼哈顿工程启动前，科学家们已经掌握了核聚变的原理：两个轻原子核（比如氘氚）结合在一起，会释放巨大能量。
实践验证在1952年完成，第一颗氢弹在太平洋上的一座美国无人岛爆炸，威力相当于投向广岛的原子弹的500倍。
问题是，轻原子核都携带正电，天然相互排斥。想让两个原子核碰撞、结合，需要合适的条件。首先得以1亿摄氏度的高温将它们变成等离子体（液体、固体、气体之外的物质形态），这样才能克服斥力、让原子核结合在一起产生核聚变。
为了达到这样的条件，氢弹需要用原子弹来引爆。但要控制核聚变来发电，只能用更温和的方式。
原子核之间的斥力消失后，新的问题会紧跟着出现。等离子体极度不稳定，就像不停翻腾的高温带电气体。反应堆需要将等离子体良好地压缩在一个有限的空间（PlasmaConfinement），才可能让原子核频繁碰撞、持续释放能量。
一位研究了20年核聚变的专家对《晚点LatePost》说，等离子体“研究起来就是个无底洞”，会发生许多复杂的物理现象，目前还没有模型可以精确预测等离子体如何运动，只能想办法通过外力压缩它。
持续最久、目前看着最有希望的还是列夫·阿尔茨莫维奇等人在1950年代末发明的托卡马克（Tokamak）装置。
原子被送进甜甜圈一样的真空环形通道，微波加热为等离子体。通道的每个方向都被不同形状的磁性线圈包裹。这些线圈通电后形成磁场，将1亿摄氏度的等离子体压缩至一定密度、变成高速螺旋。
如果高温能维持，等离子体按照设想保持高密度，核聚变就能可控地持续发生，一个与现有核电站功率相当、并且几乎没有任何放射性污染风险的超级核电站就诞生了。
自托卡马克装置诞生60多年来，人造核聚变最长一次只持续了5秒。
超级大国主导核聚变研究
但经费随着冷战结束而枯竭
目前地球上最大的托卡马克装置是欧洲联合环（JET），由多个欧洲国家出资建造，位于英国，外圈半径3米，真空室高4米。它的目标是让核聚变得“经济”。
以现有技术，加热并控制等离子体需要巨大能量，大到入不敷出。
科学家们以Q值指核聚变反应的能效比，大于1意味着核聚变产生的能量多于它用掉的。1997年是JET最接近目标的时刻，一次实验中，Q值达到0.67。维持了不到1秒，消耗了大约9度电的能量，产生了6度电的能量——就这还没算冷却设备和大部分磁场电源等消耗的能量。
去年底，JET再次实现了核聚变，把氘氚原子加热到1.5亿度，维持了5秒。期间的聚变反应，释放59兆焦耳的能量（相当于16度电），但Q值只剩0.33。
JET建成第二年，一个更具野心的计划被提出。1985年，刚上任8个月苏共中央总书记戈尔巴乔夫与时任美国总统里根会面，讨论如何缓和双方关系。期间苏联提出合作开发“造福全人类”的核聚变装置，以减少争夺能源可能引发的国际争端。
这个项目后来成为了ITER（国际热核聚变实验反应堆），一个超大型托卡马克装置。整个装置高约30米，相当于十层楼高。等离子体环的半径就超过6米，是JET的两倍。它的目标是把等离子体加热到10亿度，维持500秒的核聚变实验，Q值达到10，每小时用5万度电的能量，释放出50万度电的能量。届时，可控核聚变距离变成现实近在咫尺。
几乎所有的核聚变研究者都认为，只要ITER能建好并成功运作，核聚变研究就会往前一大步。理论上真空室足够大，就更容易用磁力控制离子体。而且大真空室的表面积增加比例小于体积变化，ITER可以实现效率更高的核聚变。
但这个跨越意识形态的项目诞生没多久冷战就结束了，俄罗斯财力有限、美国政府也在缩减开支[3]。到2000年，美国政府给核聚变研究的拨款只相当于25年前的1/3。
图：冷战高峰后，美国政府缩减核聚变研究预算。
多国合作可以分担成本，但效率也会显著降低，上亿美元的单项预算在绝大多数国家都需要国会批准。结果1985年的倡议，拖到2006年才正式敲定建设方案，启动项目。参与其中的科学家们预计，建造ITER需要10年、投入65亿美元，欧盟出一半。
最近这几年，ITER进展本还算顺利，进入最后组装。但今年麻烦又来了，俄罗斯是ITER项目的核心参与方之一，负责建造部分磁体。俄乌冲突爆发后，俄罗斯与欧盟关系恶化、欧美制裁俄罗斯，这些都可能影响工程进度。
一位核聚变领域创业者说，从1950年代到1997年，核聚变研究“以摩尔定律的速度前进”，之后戛然而止，鲜有实质的进展。
2021年两笔大额融资
点燃创业和投资热情
ITER项目波折几十年，让许多对核聚变抱有希望的人感到疲惫，“距离可控核聚变永远还有30年”的调侃在此期间诞生。
大国们推进的时候，私营资本往往不愿意赌这么遥远且不确定的工程突破。据美国核聚变工业协会统计[4]，1998年到2008年，全球只出现了5家民营核聚变公司，平均两年才有一家。
转机在2021年。核聚变研究有了新进展、人类也更迫切需要清洁能源，私营资本随即涌入核聚变。
成立8年的核聚变创业公司Helion在2021年6月宣布把等离子体加热到1亿摄氏度，实现了原本只有政府项目才能做到的壮举。5个月后，硅谷创业孵化器YC前CEO山姆·阿尔特曼（SamAltman）、PayPal联合创始人彼得·蒂尔（PeterThiel）等硅谷名流和风投机构向Helion注资5亿美元，创下核聚变领域融资纪录，与美国政府当年给核聚变研究的拨款相当。
这些富人和风投机构允诺，如果Helion能继续突破，比如实现核聚变、Q值大于1，他们至少再投17亿美元。
Helion的纪录只持续了不到1个月。去年11月底，从麻省理工学院独立出来3年的核聚变创业公司CommonwealthFusionSystems（CFS）宣布拿到超过18亿美元融资，超过之前所有核聚变创业公司融资之和，是Helion募资额的3倍多，出钱的是比尔·盖茨、乔治·索罗斯、Google、DFJ、EmersonCollective等30个富人、公司或机构。
投资者们认为CFS的突破是前所未有的。CFS在去年9月和麻省理工学院合作测试了世界上最强的高温超导磁体，可以产生强度超过20特斯拉（T）的磁场，强度是ITER磁场的1.5~2倍。
而且CFS测试用的高温超导材料，都是在市面上公开出售的——一部分来自中国的上海超导公司。其他核聚变创业团队可以快速跟进。
图：2021年，核聚变创业公司筹集超过34亿美元资金。
连续两轮大额融资，彻底点燃核聚变创业热情，过去几个月出现的创业公司，比之前任何一个年份都多。中国没有例外。《晚点LatePost》了解到，能量奇点、星环聚能的创始团队在2020年甚至更早就讨论过创业想法，有的成员此前也接触过投资人，但直到美国的同行们宣布拿到巨额融资，他们才踏出关键一步，写商业计划书，推进融资。
投资机构思路也在变。一些风投机构开始招聘物理学博士当投资人，募集投资周期超10年的基金，想尽可能提前捕获有潜力的前沿科技创业者。
甚至有投资机构撰文说，“成功收益远大于失败损失”的核聚变“天然适合风险投资”。这个当年推动微型计算机、互联网走向大众的行业，过去几年一度痴迷于教培和开餐馆。
核聚变未来市场空间巨大，可风险极高。中国的投资人们一度无法给创业公司定下估值。尽管如此，对于投资了上亿元的公司，他们也没有给出什么营收、盈利期待。
至于未来如何退出，一些投资机构并不担心。参投能量奇点的蓝驰创投投资总监孙登科接受媒体采访时说，“不太愁回报”，因为他觉得国家大概率会让这些有发展前景的创业公司上科创板。
技术不会自动前进
“真的要等到ITER变成现实吗？如果它失败了怎么办？”一位核聚变创业者担心等到2035年ITER运行会让自己再浪费十年，他认为核聚变研究停滞这么久，“依赖ITER这个大项目是原因之一”。
这一批获得融资的公司正尝试以不同的方法实现核聚变。
可控核聚变成为创业项目，并没有离现实更近，它们大多处于早期阶段，还在建装置，测试方案是否可行，然后再探索Q值大于1的路。
尽管路途遥远、前景不明，但巨大的经济诱惑吸引了更多人参与其中——这是任何技术进步的前提条件。
2017年3月，SpaceX用实际行动证明回收的火箭可以重复发射，大幅削减发射火箭成本。一家私营航天公司做到了诸多大国宇航机构都没达成的突破。
“1969年，人类去了月球。然后我们有了航天飞机，只能把人送到低轨道。然后航天飞机也退休了。”回收成功一个月后，SpaceX创始人伊隆·马斯克在TED大会上说[6]，“人们有个错误的观念：技术自己就会前进。技术是不会自动前进，甚至经常退化。只有很多人一起努力才能让它变好。”
很多技术和工程难题并不会因为足够的投入迅速成真，比如100年前爱迪生普及电动汽车的野心。但不投入，也很难知道一件事究竟能不能成功。