2022年12月13日，美國能源部部長Jennifer Granholm宣佈：位於美國加州的國家實驗室Lawrence Livermore National Laboratory（LLNL）首次成功在核聚變反應中實現“淨能量增益”，即聚變反應產生的能量大於控制該反應所輸入的能量。耗資35億美元的National Ignition Facility（國家點火裝置）在實驗中，輸入2。05兆焦能量，產生了3。15兆焦的聚變能量輸出，產生的能量比投入的多50%以上。這“里程碑式成就”的實現，將幫助人類在未來實現零碳排放能源的程序中邁出關鍵一步。

為何核聚變的“淨能量增益”意義如此巨大？我們先大致瞭解下可控核聚變及其研發狀況。核聚變，是指由質量小的原子，主要是氫的同位素氘、氚，在超高溫和高壓條件下，兩個原子核被擠壓在一起發生聚合作用，生成新的質量更重的原子核（如氦）。在此過程中，新產生元素的原子核失去部分質量而釋放出巨大能量，同等質量物資的核聚變所產生的能量比核裂變約高4倍。

與當前的核裂變能源相比，其執行更安全、不產生核廢料、核輻射非常少。其一旦商用成功，可向人類提供清潔而又近乎取之不盡用之不竭的能源：地球海洋裡的重氫達10萬億噸，每升海水含30毫克氘，其聚變所產生的能量相當於300升汽油。1立方公里海水中的氘所具備的能量相當於13600億桶原油，接近地球上的石油總儲量。

可控核聚變三種方式

目前，人類已掌握不受控核聚變，即氫彈。而在可控核聚變研究方面，已經過漫長近70年，迄今尚未能完全成功，可見其難度之大。

可控核聚變通常有三種方式：1。重力場約束。2。慣性約束。3。磁約束。

重力場約束需要恆星級條件（譬如太陽），人類無法實現。慣性約束技術路徑（鐳射約束），主要是“美國國家點火裝置”，中國的“神光計劃”，一般被認為路漫漫其修遠兮。磁約束技術路徑，有託卡馬克、仿星器、磁鏡、反向場、球形環等技術路徑，曾被認為是進展最明顯、最有前途的。

耗資46億歐元的“國際熱核聚變實驗堆（ITER）”計劃，由歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯、印度共同推進，是目前人類最大的超級託卡馬克專案。中國的技術攻關也主要集中在託卡馬克技術路徑。2021年12月30日晚，中國的EAST裝置實現了1056秒的長脈衝高參數等離子體執行，是目前世界上託卡馬克裝置高溫等離子體執行最長時間紀錄。2022年10月20日，我國HL-2M（中國環流器二號M裝置）託卡馬克實現了等離子體電流突破100萬安培（1兆安）新紀錄。

但這些驕人資料背後的問題是：都無法實現“淨能量增益”，即用於控制等離子體執行所需的能量輸入，比聚變實驗堆所輸出的能量大得多。全世界所有核聚變實驗堆都是巨大的耗電機，而非發電機，這令全世界核聚變科學家們感到非常頭疼。

鐳射約束技術路徑

而誰都沒想到，之前不被看好的鐳射約束技術路徑，卻在美國LLNL實驗室率先實現了“淨能量增益”，毫無疑問是可控核聚變領域的里程碑式突破，打開了通向可控核聚變商業化實用的第一扇大門。

但這僅僅是第一扇大門而已，在其之後，超高溫等離子體的穩定持續執行、堆壁中子遮蔽先進材料、常溫超導體的研發等等難題一個接一個，很多關鍵科技尚進展殊少。

目前，某些最樂觀的專家推測：最早2028年可控核聚變能實驗性發電，美國能源部稱有信心在10年內實現商業化。有些報道宣傳：多國計劃在2035年進行可控核聚變商用發電試驗，2050年普及。而更多科研人員們則保守得多：可控核聚變實現商業應用，估計還要20-50年時間，更大機率是在21世紀下半頁。

改變世界格局，走向星辰大海

即便前途光明、道路崎嶇，可控核聚變仍有可能在未來100年內，改變世界格局乃至人類文明的走向，而不僅僅意味著數十億百姓能使用上清潔能源。

首先，是改變近現代史形成的能源戰略格局：從第一次世界大戰開始，人類社會的爭奪焦點之一是能源。如果可控核聚變實現商業化，那麼傳統化石能源產區的政治與戰略權重將大大降低，而傳統上的能源輸入區（譬如西歐和東亞）將擺脫看人臉色的局面。這樣，世界的國際規則、政治格局、外交關係、軍事戰略、經濟體系……將發生本質性變化與巨大調整。

其次，太空爭奪的重點將是月球，因為月球上有豐富的氦同位素——氦3。

氘、氚聚變，是第一代核聚變，其優點是燃料便宜，缺點是仍有中子輻射。氘和氦3聚變，是第二代核聚變，其中子輻射大大降低、安全性大大提高。有專家戲稱：第一代核聚變堆要建在遠郊，而第二代堆理論上可建在市中心。氦3聚變，是第三代核聚變，完全不產生中子，堪稱終極聚變。氦3作為理想的核聚變原料，在地球上非常稀有，但在月壤裡卻蘊含豐富。這是美國正在推動“Artemis Program（阿爾忒彌斯計劃）”重返月球的深層次原因。可控核聚變和月球開發（而非僅僅探險）互為表裡，將推動美國未來半個世紀的發展。

再有，可控核聚變是航向深空的必須。

人類進入星際文明時代，第一代動力靠化學能火箭發動機。再發展，就要利用“太陽帆”（光帆）實現低成本、長期、穩定地為航天器持續加速，以實現在“內太陽系”（太陽和小行星帶之間的區域）高速航行。

但是，隨著航天器距離太陽越來越遠，太陽的輻射光能逐漸減弱，譬如：太陽輻射能在地球、月球位置為1。3KW/平方米，到火星位置，就減弱為0。5KW/平方米。如果向木星、土星、天王星、海王星，甚至柯伊伯帶等更遠的深空航行，光帆的能量就不夠了，那時就需要“電推”即等離子發動機。“電推”所需的工質較少較輕，但所需能量非常大，在遠離太陽的深空，太陽能發電、同位素衰變核電池都無法提供足夠能量，在現代物理學框架內唯一可行的能量源，只有可控核聚變。

2022年底，LLNL首次實現聚變反應的“淨能量增益”巨大突破，不僅僅是核物理領域取得的一次突破，也將為未來幾個世紀人類科學技術與文明發展，開啟一道門。

• （本文僅為作者個人觀點，不代表本報立場）

美逸君