June 26, 2024

S8E11 | AI巨头抢电，2028 能用上可控核聚变发的电吗？

47 minutes

今年早些时候，硅谷科技巨头们的 AI 军备竞赛在美国引发了「抢电」的风波，这让大家意识到 AI 大模型的训练和使用对能源的需求有多么惊人。为了保证自家的数据中心有电可用，各大科技巨头在布局自己的数据中心的同时，也积极投资能源产业，保证有足够的电力支持 AI 这只「吞电兽」的运行。据《华尔街日报》报道，西雅图地区的核聚变公司 Helion Energy 正在与 OpenAI 洽谈一项交易，Open AI 将购买大量电力为数据中心提供电力。去年 5 月，Helion Energy 也曾与微软达成协议，承诺 2028 年为微软提供50兆瓦的可控核聚变发电。

「核聚变」这个词对于我们来说是既熟悉又陌生，自 1952 年第一颗氢弹爆炸以来，人类似乎已经掌握了核聚变技术，科学家们也随后开始了利用可控核聚变能量发电的研究，但是七十多年过去了，可控核聚变发电的落地一再被推迟，甚至还有一句调侃「我们离核聚变发电永远还有 30 年」。

我们今天的节目就想好好聊聊，可控核聚变目前已经发展到了一个什么样的时间节点，以及可控核聚变的商业化前景究竟如何。

点击这里，也可以在声动活泼公众号上读取核聚变相关要点。

本期人物

丁教 Diane，「声动活泼」联合创始人、「科技早知道」主播

周尧，上海交通大学自然科学研究院、物理与天文学院副教授

祝曹祥，中国科学技术大学核科学技术学院教授、等离子体物理与聚变工程系副主任

谢华生，新奥聚变理论模拟首席科学家

雅娴，「科技早知道」监制

主要话题

[01:58] 核聚变反应的原理：原子核撞击和聚变三乘积

[06:01] 可控核聚变科学上可行了，离商业化还远么？

[10:45] 核聚变发电的真正瓶颈是反应原料

[14:04] Helion energy 的技术路线：参数好看但天花板很低

[20:55] 国际合作建造的 ITER 装置：三个和尚没水喝

[25:43] 老树发新枝：私营核聚变公司的技术五花八门

[27:50] 可控核聚变很难，投资人看待聚变日趋理性

[30:30] AI 公司的电力问题真的需要核聚变来解决吗？

[37:23] AI for science 在核聚变研究中起到很重要的作用

[40:54] 核聚变发电，有生之年我们能看到么？

所涉部分术语

Helion Energy

Helion Energy 是一家成立于 2013 年的位于美国华盛顿州的先进能源公司，专门从事核聚变技术研发，其采用磁惯性约束聚变技术，通过使用脉冲磁场来压缩并加热等离子体，从而触发核聚变反应。 Helion Energy 已经获得了多位知名投资者的支持，其中包括 OpenAI 的联合创始人 Sam Altman。微软已与 Helion 签订了购电协议，计划在 2028 年从 Helion 的核聚变发电厂购买 50 兆瓦的电力。

CFS

即 Commonwealth Fusion Systems，这是一家位于美国马萨诸塞州的私营核聚变能源公司，由 MIT 的等离子体科学与聚变中心（PSFC）的科学家和工程师于 2018 年创立。CFS 的核心技术之一是「高磁场托卡马克」，特别是基于一种名为「SPARC」的紧凑型核聚变反应堆设计。SPARC 的设计利用了新型高温超导材料，这些材料允许制造出更强大、更轻便的磁体，从而能够在相对较小的体积内创造出足以约束高温等离子体的强磁场。

ITER

即国际热核实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor），是全球最大的国际合作科学项目之一，旨在证明核聚变作为一种清洁能源的可行性。该项目位于法国南部的卡达拉舍，由欧盟、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国和瑞士等国共同参与建设和运营。ITER 采用的是托卡马克（Tokamak）设计，即利用强磁场来约束高温等离子体的环形容器。在这个装置中，氘和氚（氢的两种同位素）被加热至超过1亿摄氏度，形成等离子态，从而引发核聚变反应。

CFETR

即中国聚变工程试验堆（China Fusion Engineering Test Reactor），是中国在核聚变能研发领域的一个重大战略项目，旨在建立在 ITER 之后的下一代核聚变装置。CFETR 的目标是验证聚变能连续发电的科学与工程技术可行性，为未来商用聚变电站的设计、建设和运营积累经验和技术基础。

Z箍缩

是一种利用强大电磁力来产生和加热等离子体以实现核聚变的实验方法。Z 箍缩涉及将电流通过一根细长的等离子体柱（通常是氢或其同位素氘、氚的等离子体）。当大电流通过等离子体时，根据洛伦兹力定律，电流产生的磁场会挤压等离子体，导致其径向尺寸急剧减小，同时沿着电流方向（即 Z 轴方向，因此得名 Z 箍缩）增加密度和温度。这种压缩可以达到极高的压力和温度，理论上足以触发核聚变反应。

FRC

即场反转约束（Field-Reversed Configuration），这是一种磁约束聚变的概念。是利用等离子体的电流和外部磁场产生一种自组织的磁场结构，其中等离子体的内部磁场方向与外部用于约束等离子体的磁场方向相反，形成一个自组织的封闭磁场结构。这种平衡状态有助于维持等离子体的稳定性，并且能够限制等离子体足够长的时间，以便进行有效的核聚变反应。

幕后制作

监制：Diane、雅娴

后期：Jack

运营：George

公众号：东君、六工

设计：饭团

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