本文已更新。
核聚变是驱动太阳和恒星的过程，有望为能源转型提供取之不尽、零排放的电力。
在全球范围内，政府实验室和私营企业都在竞相利用核聚变发电，但尽管势头日益增强，进展仍然缓慢。
如今，近年来大力投入核聚变研究的中国宣布，其“人造太阳”聚变反应堆已突破了长期限制核聚变发展的一道门槛。
围绕核聚变能源的热度仍在持续升温，使科学更接近实现“圣杯”——提供几乎取之不尽、零排放的能源。
每千克燃料，核聚变可产生的能量约为四百万倍于煤炭或石油，国际原子能机构表示。不难看出，这可能成为应对气候变化斗争中的一大变革。然而，即便经过近70年的研究，一些关键技术难题仍然存在。
在近年来现有反应堆能量输出取得一系列突破之后，中国科学院宣布，其被命名为“人造太阳”的核聚变反应堆已克服了可规模化聚变能源的另一重大障碍。实验性先进超导托卡马克（EAST）反应堆在此前被认为不可能实现的极高密度下，维持了等离子体稳定性，而这正是启动和维持聚变反应的关键。
据《自然》和《金融时报》的报道，中国已以每年约15亿美元的估计投资进入核聚变竞赛，几乎是美国政府2024年分配给该领域研究经费的两倍。《自然》和《金融时报》。
在政府投资之外，私人资金也迅速增长，2021年至2025年间增至106亿美元。同期参与聚变项目的企业数量从23家增至53家，增长了一倍多。该技术吸引了包括科技巨头微软和谷歌、石油巨头雪佛龙在内的投资者，以及亿万富翁比尔·盖茨和杰夫·贝佐斯。
什么是核聚变？
我们目前的核电站采用的是核裂变，即本质上是裂解原子核。核聚变是驱动太阳和恒星的过程，它将两个原子核合并为一个较大的原子核。
当两个轻原子结合或融合成一个较重的原子时，就会发生聚变。新原子的总质量小于构成它的两个原子的质量；这部分“缺失”的质量以能量的形式释放，正如阿尔伯特·爱因斯坦著名的E=mc²方程所描述的那样。
两种反应都会释放大量能量，但核聚变每千克燃料产生的能量远高于裂变，是裂变的四倍。此外，不存在熔毁风险，也不会出现失控的链式反应，且不产生高放射性、长寿命的放射性废物。
核聚变有多种依赖于不同原子组合的“配方”。
目前地球上最有希望用于发电的组合是氘原子与氚原子的聚变。该过程需要约7200万华氏度（3900万摄氏度）的温度，并可产生1760万电子伏特的能量。
氘是一种有前景的原料，因为它是氢的同位素，而氢又是水的关键组成部分。一加仑（3.8升）海水所能产生的能量，相当于300加仑（1136升）汽油。
人工智能与核聚变
尽管核聚变发电为子孙后代提供了几乎取之不尽的能源前景，但它也带来了许多科学和工程挑战，这些挑战一直在阻碍其进展。
太阳内部巨大的引力为恒星核心创造了核聚变的适宜条件，但在地球上，这些条件要难以实现得多。
聚变燃料必须加热至约5000万摄氏度的极端温度，在高压下维持，并且须有足够的密度和约束时间，才能使原子核发生聚变。
聚变发生在超高温等离子体中，最常见的做法是利用强磁场，将其约束在环形或甜甜圈形的腔体，即托卡马克之中。保持这种等离子体稳定长时间维持仍是一项挑战。
谷歌旗下的人工智能公司DeepMind正与聚变初创企业Commonwealth Fusion Systems（CFS）以及瑞士洛桑联邦理工学院合作，以利用人工智能控制等离子体。迄今为止，该合作已表明，深度强化学习有助于稳定托卡马克中的等离子体。这些经验现将应用于CFS的工作，旨在优化聚变能源并加快核聚变商业化的进程。
与此同时，人工智能芯片巨头英伟达与能源和国防公司General Atomics在多所学术机构的支持下，正在开发一个数字孪生模型，用于模拟圣迭戈DIII-D国家聚变设施中的等离子体行为。其目标是在虚拟环境中对反应堆进行压力测试，而无需造成实际损害。
这一级别的人工智能控制是EAST实现“无密度限制”里程碑的关键推动因素，可提供在极端密度下维持稳定性所需的毫秒级精度。
核聚变的突破
中国在推动聚变技术边界方面的成功，只是一系列突破中的最新一项，这些突破推动了核聚变更接近服务于能源转型。
除维持等离子体稳定性之外，研究人员面临的一大挑战是，将聚变反应堆的输出提升至超过启动反应所需的输入能量。
自2022年以来，位于加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）一直在不断推动聚变净能量增益取得进展。最初实现了3.15兆焦（MJ）的聚变能量，输入的激光能量为2.05 MJ。此后，NIF团队已将点火过程标准化，并实现了更高的输出。2025年4月，该装置输出了8.6 MJ，是激光点火所提供的2.08 MJ的四倍多。
德国的仙女座7-X仿星器也取得了类似进展，该技术与更常见的托卡马克略有不同。2023年，它实现了13亿焦耳的能量转换，创下该技术的纪录。等离子体维持了八分钟。2025年5月，能量周转量提高至18亿焦耳。
人们寄望于法国新建的聚变反应堆ITER的建成。该项目由34个国家合作开展，将建造世界上最大的托卡马克。其目标是产生500兆瓦（MW）的聚变功率，作为迈向证明聚变净能量增益的下一步。然而，由于建设延误，研究运行目前定于2034年开始，该设施目标是在2039年实现全规模聚变反应。
私营聚变加速推进
在研究设施之外，私营企业也在加大力度，推动聚变成为商业现实，从而加速能源转型。
Commonwealth Fusion Systems已募集近30亿美元，用于其实验性Sparc反应堆，其中包括英伟达和谷歌的投资。其最终目标是建造一座聚变发电厂，其发电能力可达400兆瓦，足以为约28万户美国普通家庭供电。
Pacific Fusion去年在A轮融资中募集了9亿美元，而由OpenAI的萨姆·奥特曼和软银支持的初创企业Helion，也已获得额外融资，并开始建设其计划自2028年起为微软的数据中心供电的电厂。德国初创企业Marvel获得了1.13亿欧元的B轮投资，使其融资总额达到3.85亿欧元，资金来源包括西门子能源风险投资等私人资本，以及欧洲创新理事会（EIC）基金的公共投资。该公司计划在2030年代中期建成一座聚变发电厂。
在2026年达沃斯论坛上，聚变竞赛的另一参与者、Proxima Fusion联合创始人兼首席执行官Francesco Sciortino表示，所有这些公司的目标是开发“并非仅仅是实验、而是真正以能源生产为目标的反应堆概念”。
世界经济论坛在推动清洁能源转型方面有哪些举措？
开创核聚变
公共和私营部门的努力，建立在包括JET聚变实验室在内的开创性研究人员早期工作的基础之上。欧洲联合环（JET）位于英国，其全称为欧洲联合环，是一项由欧洲核科学家合作开展的项目。
JET实验室曾是世界上规模最大、最先进的聚变反应堆，于1983年开始其开创性实验。得益于其在推进聚变技术方面的成功，它运行了40年，于2023年10月进入退役阶段。在当年的最后一次实验中，它实现了创纪录的69 MJ，燃料仅为0.2毫克。
其继任者将是法国的ITER。尽管英国并未参与ITER项目，但英国政府去年承诺为聚变项目投入25亿英镑，这是在以往投资基础上的追加。其中包括位于诺丁汉郡的实验性STEP（能源生产用球形托卡马克）项目。
合作是核聚变竞赛的关键
在今年的达沃斯会议上，Proxima Fusion的Sciortino表示：“聚变不仅仅是一项技术，它关乎理解多种推动因素。”他补充道，这些因素包括计算、超导体和强激光等材料，以及集成设计和供应链。
其中许多因素正在汇聚，使聚变更接近于不再是实验性技术、而能够向电网供电的临界点。“但是，通过聚变领域的知识产权实现的价值创造，意味着我们正在打造可能是新世纪最重要的产业之一。”
“这是一个非常令人兴奋的生态系统，而该生态系统在很大程度上依赖于公私合作伙伴关系。我们需要政府不是退后，而是更加积极地参与。协同合作也是我们加速发展的途径之一。”
金·布迪尔（Kim Budil）是劳伦斯利弗莫尔国家实验室的实验室主任，NIF即设在该实验室，她补充道：“从历史上看，我们一直说，无论你何时询问，核聚变能源都还要30年才能实现，而且将永远如此。而我认为，这种说法已经不再成立。”
“但我必须管理预期。聚变是困难的。我们花了很长时间才走到今天这一步，虽然有许多有利因素正在汇聚，但要实现这一机遇，仍有大量工作要做。”她提醒道。
与Sciortino一样，她强调了公私合作伙伴关系的重要性。
“现在正是一种全新运营模式的时刻，私营部门和公共部门需要以新的方式携手合作，把握这一机遇。”
