中國「人造太陽」進入世界第一梯隊

一、人類對核融合(核聚變)應有的認知

   中美科技競爭已進入全面白熱化，在能源競爭方面，核聚變發電及太空太陽能發電是主要戰場。雖然核聚變突破消息頻傳，但實際進展有太多瓶頸須突破，距商用發電還很遙遠。核融合發電可提供無限的清潔能源滿足世界需求，核融合每公斤燃料產生的能量是核分裂的四倍，比燃燒石油或煤炭多近四百萬倍。當人類進入太空後只有太陽能及核能可使用，而太陽的能量也是來自於核聚變，但核聚變的控制技術很難是世界能源發展的前沿方向。所謂人造太陽就是以超導磁場約束離子，通過能波加熱，讓等離子氣體達到上億度的高溫而產生核聚變的裝置。托卡馬克是一種核聚變反應器，其裝置是一個環狀甜甜圈，在其中極高溫的電漿被磁場約束和加壓，以進行核融合反應。國際核聚變實驗堆（ITER）計劃於2006年誕生，由中國等七國參與但進度緩慢。中國的東方超環EAST 是中國自主設計建造的核聚變實驗裝置，率先實現一億度的超高溫，很早就實現了101.2秒穩態長脈衝高約束等離子體運行，在核聚變實驗中一直保持著領先。另外，中國爭取到2030年啟用具備發電能力的實驗反應爐「CFETR」，比ITER更大，安全可控的核聚變一直被視為解決人類能源一勞永逸的方法。

   根據環球時報報導，中國核聚變研究正逐步進入世界第一梯隊。其中，2024年中國環流三號（HL-3）實現150萬安培電流的高約束模等離子體運行，自主研發的高功率高頻率（105GHz）迴旋管、數位孿生系統等關鍵設備首次投入運行，裝置運行參數和控制水平穩居世界前列。2025年1月，全超導託卡馬克核融合實驗裝置（EAST）首次創下「1億攝氏度1000秒」的長脈衝高約束模等離子體運行世界紀錄。核融合技術研發基地、聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施、緊湊型聚變能實驗裝置、中國聚變工程實驗堆等研究及工程實驗設施也正在規劃與建設。全球已有約50家私人聚變研發企業，呈現快速成長態勢，中國的能量奇點公司也於今年3月10日宣布高溫超導磁鐵「經天磁體」達到了國際領先水準。中國聚變科技企業與科研院所2023年成立聚變產業聯盟及可控核融合創新聯合體，加強合作協同。ITER最初計劃在2020年開始實驗，現已延期到2034年，成本從50億美元漲到220億美元。中國近期聚變新突破集中“爆發”，顯示出高端人才資源、工業基礎儲備、供應鏈能力、統籌合力集智等諸多優勢，有望在未來一段時間成為國際可控核聚變的引領和中堅。

二、中美爭霸在能源戰場日益激烈

   2025年1月11日，美國衛星圖像顯示，中國綿陽的一個大型核專案似乎包括四個鐳射艙，指向一個大約有足球場大小的安全殼穹頂，是美國相同點火聚變設施的兩倍。亞洲時報稱當今鐳射聚變的三大參與者是美國、法國和中國。中國已運行著世界第三強大的鐳射器，即位於四川省「科學城」綿陽附近的神光三號鐳射器。神光三號於 2015 年完工被譽為中國最偉大的技術成就之一。在神光三號投入使用前，已開始規劃一個更大的激光系統即神光四號，能達到核聚變點火。神光四號將與目前美國最大的聚變點火設施 （NIF）相媲美甚至優於它。神光激光設施有助中國成為第一個建造運轉良好的核聚變發電廠的國家，依據美國國家利益雜誌報導，中國的核能突破將鞏固其世界領導地位，而美國川普政府緊抓化石燃料注定走向衰敗。在川朗普總統就職演說同一天，中國的EAST核聚變反應堆實現了超過1000秒穩定狀態的突破，增強了中國在無限能源競賽中的地位。川普已簽署廢除拜登對海上鑽勘石油的禁令、暫停海上風電及廢棄電動汽車的命令，並第二次退出巴黎氣候改善協定。川普的重點是開發美國巨大的化石燃料並重振傳統汽車行業，這雖可使美國在中短期內獲取廉價能源和推動經濟方面取得成功，但從長遠來看，除非重視核電發展，否則將使美國競爭力嚴重衰退。美中競爭風險來自中國在可再生能源、核裂變發電及核聚變研發的競爭力。中國大力發展建設核電站提供了比石油和天然氣更高效、更可持續的能源基礎。與此同時，隨著美國退出清潔能源競賽，中國目前在風能、太陽能和電動汽車方面的競爭優勢可能會迅速成為不可逾越的鴻溝，使中國成為發展中國家和致力於綠色轉型的美國盟友唯一的合作夥伴。在南半球，許多國家正發展可再生能源系統，美國準備將自己排除在這些市場之外。

   在無激烈競爭的情況下，中國將擴大目前在可再生能源和電動汽車領域的主導地位，並憑藉其影響力制定技術標準並決定全球氣候治理。歐盟尋求中國電動車技術的轉讓突顯了中國日益增長的新能源領先地位，世界上大部分地區的能源安全可能會變得依賴中國，從而增強中國的世界影響力。美國將長期新能源領導權拱手讓給中國，因此追求核聚變能力就至關重要。目前，中國在可再生能源方面已有強大優勢，在核聚變方面也建立領先地位。核聚變是為數不多的可單槍匹馬改變全球能源秩序和經濟的技術，有效產生無限能源的能力將帶來巨大的先發優勢，中國最近的核聚變突破創世界紀錄。與此同時，美國越來越依賴與日本和歐洲盟友的合作，而這些國家都沒有資源或能力與中國進行長期競爭。如果美國忽視可再生能源和核能，轉而支援石油和天然氣，中國不僅將確保全球能源技術的長期主導地位，而且還將高效、可持續地為從人工智慧到量子計算的新興技術提供動力，進一步鞏固北京的技術領先地位。再加上中國對關鍵供應鏈的控制以及全球製造能力的主導地位，年產量是美國的兩倍。這一挑戰應該更讓川普政府感到擔憂，這些因素的結合將使中國領先美國，就像大英帝國在19世紀及美國在20世紀所做的那樣。

三、美國在核聚變方面的領先地位已被中國打破

   中國一家名為能量奇點的小型初創公司正在研究核聚變，美國擔心隨著新核聚變公司在中國各地湧現，而北京的開支又鉅大，使美國正在失去幾十年來掌握這種近乎無限的清潔能源形式的競賽中的領先優勢。核聚變是為太陽和其他恆星提供動力的過程，在地球上複製非常困難。掌握聚變是一個誘人的前景，無論哪個國家首先成功都會帶來財富和全球影響力。美國的托卡馬克裝置正在老化，而中國東部正在建設一個耗資 5.7 億美元的新聚變研究園，名為 CRAFT，有望於明年完工，而美國無此設備。美國工業界認為中國正在擊敗美國，中國國家資助的 BEST 托卡馬克預計將於 2027年完工。幾十年來，美國一直是核聚變的領導者，第一個在現實世界中應用聚變能製造氫彈。當中國在托卡馬克方面領先時，美國正在鐳射技術中找到優勢。2022年底，加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家是世界上第一個用鐳射成功產生凈聚變能。隨著中國投入大量研究資金，位於合肥的中國東方托卡馬克將等離子體穩定在 7000 萬攝氏度——比太陽核心的溫度高 5 倍——超過 17 分鐘，創下了世界紀錄取得了驚人的突破。英國原子能管理局的米哈伊爾·馬斯洛夫稱其為“重要里程碑”。美國能源部表示，在全球範圍內，私營部門在過去三到四年中在聚變上花費了 70 億美元，其中約 80% 來自美國公司。他說如果中國政府繼續每年投資超過10億美元，那可能很快就會超過美國的支出，如果這些投資得到回報將為中國帶來全新的核能光芒。

   隨著人工智慧能力需求激增，中國在核聚變競賽中的支出超過了美國。在美國幾十年的領導下，中國正在迎頭趕上支出增倍並以創紀錄的速度建設專案。根據 Ignition Research 的數據，到2050 年，核聚變至少有一萬億美元市場。麻省理工學院核科學與工程教授鄧尼斯·懷特說目前宇宙中唯一能用的聚變發電廠是恆星，美國在 1952 年通過氫彈試驗率先大規模使用聚變。從那以後的七十年裡，世界各地的科學家一直在努力利用聚變反應進行發電。當氫原子達到足夠極端的溫度以致於它們聚變在一起，形成一種稱為等離子體的過熱氣體時，就會發生聚變反應。理論上，在此過程中可產生巨大能量，但等離子體很難控制。中國在 2000 年代初加入了聚變競賽，比美國晚了大約 50 年。美國私營部門仍然處於領先地位，根據國際汽聯的數據，在全球80億美元的私人聚變投資中，有60億美元在美國。Commonwealth Fusion Systems 是一家誕生於麻省理工學院的初創公司，從比爾·蓋茨、貝佐斯和谷歌等公司募得20 億美元。總部位於華盛頓的Helion已從 Open AI 的 Sam Altman 等投資者那裡籌集了10億美元，並與達成到 2028 年向電網提供聚變能的協定。谷歌支援的 TAE公司籌集了 12 億美元。據報導，中國每年為核聚變投入15億美元，而過去幾年美國聯邦用於聚變的資金平均每年約為8億美元。美國參議員和核聚變專家在 2 月呼籲提供 100 億美元的聯邦資金，以幫助美國避免失去領先地位，但美國在反應堆規模方面可能已經失去了領先地位。