可控核聚变----是否“永远的五十年”

2025-05-28· 唐二僧

行业分析科学/复杂性
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我们的征途是星辰和大海,我们的故事将百世流芳

在本文的所有内容之前,为了避免被认为蹭热点给上市公司股价带货,需要特别声明一下:本人认为目前所有的可控核聚变概念上市公司,都只是蹭热度的,统统不值得投资。

第一:什么是可控核聚变

核聚变是指轻原子核(如氘氚)结合成较重原子核,损失质量并放出巨大能量的过程,太阳的发光发热过程就是典型的聚变反应。顾名思义可控核聚变就是在人类控制之下进行聚变反应,因此可控核聚变也被称为“人造太阳”。

裂变和聚变是核能利用的两种方式,在武器应用上裂变应用的成果就是原子弹,而聚变应用的成果就是氢弹。在和平利用核能方面,裂变的典型应用成果是核电站,而聚变的应用成果还没有,目前二级市场热度很高的“可控核聚变”都是在探索核聚变的商业路径,怎么把可控核聚变技术变成人类能够商业化应用的场景。

第二:可控核聚变的优势是什么

1.能量输出高。核裂变的能量密度已经很高了,但是核聚变的能量密度大约是裂变的4倍,是燃煤的400万倍。这种超高能量密度的特性在空间极其紧缺的时候其意义就特别重要(如星际航行场景下),因此可控核聚变和人工合成淀粉等科技被称为未来载人星际航行的前置科技之一。

2.原材料丰富。以氘氚聚变为例,氘可以从地球上的海水中提取,其含量够人类使用上亿年。氚的储量相对少,但是氘氚聚变反应过程中本身就会产生中子是一个良好的中子源,中子轰击锂会继续产生氚,而地球上锂资源的丰富程度则是非常高的。因此,理论上讲可控核聚变的原材料来源是极其丰富甚至可以说接近“取之不尽用之不竭”的。

3.产物无污染。以氚氘聚变为例,氚的放射性相对较弱。在聚变反应过程中,除中子之外几乎不产生其他放射性物质,这显著减少了核废料处理的问题。

4.固有安全性。与核裂变技术一旦产生问题需要人工干预才能停止正好相反,核聚变反应需要持续保持高温以及等离子体约束等前置条件,前置条件失效以后聚变过程是自然停止的。简单理解就是:核裂变出事儿以后你不管就要出大事儿了,核聚变出事儿以后你要不管它就要自然罢工了。因此可控核聚变是一个具有固有安全性的技术。

第三:可控核聚变的技术难点

前文所述,可控核聚变反应是没有办法自发运行的,必须先通过某些手段将聚变燃料约束住,同时采用某些方法将外部能量传递给燃料,从而保证燃料达到聚变条件,这需要能量输入。但是聚变反应本身又是产生能量的,自身又有能量输出。如果聚变反应的输出能量大于维持聚变反应持续运行的能量输入(Q>1),那么这个聚变反应本身理论上讲是可以持续运行下去并且持续对外输出能量的。

核聚变研究的“圣杯参数”是由英国科学家约翰·劳森提出的劳森判断,也即三重积。这由三个关键物理变量构成:等离子体密度、离子温度、和能量约束时间。

等离子体温度越高粒子动能越大越容易克服原子核之间的库伦斥力,等离子体密度越高粒子碰撞频率越高聚变反应几率越大,总的效果是产生更多聚变能;能量约束时间则意味着体系的保温效果良好,不需要消耗太多外部能量就能将等离子体维持在高温状态。一高(聚变反应放能)一低(消耗的能量),得到的净能量就越多。

但是三重积中任何一个参数的实现都是需要前置科技条件的完善的,为了理解这个事情这里我不妨先讲个段子:

某天某位诸葛亮粉一觉醒来突然发现自己穿越到了刘禅身上,看着在日夜操劳逐渐消瘦的相父,此人决定利用自己穿越带过来的知识帮丞相赢一把,于是小心翼翼的对丞相说:

“相父您看,这个水烧开了以后冒出来的汽似乎可以把盖子顶开诶”。

丞相头也不回的说“我知道,但是现在材料学积累还不够,蒸汽机造不出来”。

可控核聚变也同理,高温超导材料技术的进步可以提升磁场,提高稳定性,改善约束,有效的提升三重积;人工智能和算法的进步可以有效的提升控制能力,提高能量约束时间,也可以有效提升三重积,等等等等。这些都使得在更小的装置中稳定约束等离子体成为可能。当科技树上这些前置科技点没有点亮的时候,三重积的提升就是非常困难和昂贵的,可控核聚变的商业化应用就一直停留在理论上,被称为“永远的五十年”。

材料学和人工智能等发展到今天,有越来越多的人判断可控核聚变的前置科技树:应该是点完或者接近点完了......我们应该可以试着把这个“永远的五十年”,变成在十年内或者五年内,把第一度电发出来了。

但是为什么说目前蹭“可控核聚变”概念的上市公司都只是在割韭菜,也就是因为一个最快五年十年内才能发出来第一度电,真正应用场景是无限能源和星际航行的科技,你拿来指导最近一两个月甚至几天的股价这不是纯搞笑么?

第四:目前国内哪些人在搞可控核聚变,其优劣势如何。

总结一下可以看的就是两支国家队和三支民间队伍。两支国家队是中核西南物理研究院和中科院等离子体物理研究所,三支有代表性的民间队伍包括上海的能量奇点、陕西的星环聚能和河北的新奥。

中核西物院的装置在成都、中科院等所的装置在合肥、能量奇点的装置在上海临港、星环聚能的装置在西安、新奥的装置在河北廊坊。

这五家里面,两支国家队中核和中科院不做评价,一是因为国家队一般在技术上比较稳健或者说保守;二是即便技术验证成立以后国家队的商业化一般来说相较于民营机构会更复杂;三是即便国家队的技术开始商业化,一般来说作为普通投资者也投不进去,只能看个热闹。所以这里更重点看三支民间队伍:能量奇点、星环聚能和新奥。

划重点,从这里往下全部都是自己个人主观观点,不喜勿喷:

能量奇点的优势:第一,在全国经济最发达的上海,利于引进人才,政策支持也不会少;第二,我个人认为其最大的优势是最大外部股东(管理和技术团队外)是米哈游。对于一个短期无法商业化,但是长期前景无限看好的公司来说,有这么一家有理想有情怀且有无限现金流的股东是非常重要的,最后大家拼到最后很可能就是拼资金流,拼最后一口气。米哈游的《原神》和《星穹铁道》充值玩家理论上讲都是中国可控核聚变事业的间接贡献者。

星环聚能的优势:第一是清华工物系的技术和团队,这点上我个人主观对母校的技术水平还是有信心。第二是星环聚能的装置应该是三家中最小的,10乘8米,高三层楼左右,应该是三家中唯一一个有可能“上船”的。将来的核动力航母也许未必就一定要是核裂变装置,按照这个体积大小的话核聚变装置应该也不是不行,商业化应用场景更多。

新奥的优势:第一新奥的技术路线理论上讲是这三家中最终极的氢硼聚变,但是对应的难度也在这三家中最高;第二是新奥这样的股东也能够保证可控核聚变研究过程中持续的现金流投入。

此外,对于这三家中的任何一家来说,由于可控核聚变的技术路线特征,如果用来发电则其原材料是完全不构成瓶颈的,理论上讲电力的成本更多的取决于装置的建设成本。

到装置建设的时候就已经变成了一个特种装置的工程问题,对于特种装置的生产和建设安装这个工程问题来说,规模效应就很明显了。一套装置可能需要20亿,10套装置绝对不会是200亿,在用第一套装置摊掉研发开模等各种一次性成本以后,有可能10套装置50亿就搞定了,如果将来这个能大规模商用的话,装置需求数从10到100,从100到1000,每上一个量级,按照我对中国工业生产能力的理解,只要你能定型量产,成本都会下来一个量级,完全不构成任何瓶颈。

至于装置所需要的土地和建安等其他费用,只有一句话:你干嘛要把这个建在寸土寸金的地方?而且,即便是北上广深等超级大城市,也绝对不会少的了这么点土地。以往核能发电装置远离超级大城市是因为以往核电站都是裂变装置,不得不考虑极端情况下的安全问题,但是聚变装置没有这个问题啊~

如果装置成本被摊薄到极低,而原材料又因为极度丰富而量产降低成本的话,一度电燃料成本降到1分钱以下都是可能的,到时候可控核聚变技术又会成为其他技术的前置科技点,这个对人类解决能源问题,并最终走向宇宙的星辰大海都有不可估量的意义。

第五:老和尚的一些其他个人看法

1.可控核聚变肯定是值得看值得投的一个方向,但是目前机会应该是在一级而不是二级。

2.即便一级投可控核聚变,也得做好了五年十年甚至更长时间不赚钱的心理准备,所以要么是国家队这种“战略钱”进去投,要么就是投资机构的“小仓位”进去投,要么就是类似能量奇点类似米哈游这种“无线现金流”的股东去投,指望短期能赚钱是不大可能的。

3.一级的可控核聚变投资更像一个期权投资,投不成这钱多半就没了,但是投成了作为人类能源的终极解决方案肯定不是五倍十倍的这种概念。我个人总结就是要么百倍千倍,要么归零的一种投资。

4.从我个人审美而言,我还是比较喜欢星环的这种小型化装置,能够上船这件事情对于一个理工科直男来说太有吸引力了。这里的船可以是在海上飘着的航母或者大型货轮,当然也可以是载着人类命运飞向未知太空的星际飞“船”。

5.对于政府,特别是北上广深这个级别的政府部门而言,可控核聚变虽然三五年内完成完整的商业化还有困难,但在这个前景广阔、安全可控同时又在技术上已经接近“临门一脚”的行业上多投放一点关注,也算是“泽被后人,善莫大焉”。

而对于个人投资者而言,这么星辰大海的方向,你非要拿来二级市场当概念炒股,就有点女神终于同意跟你通宵打扑克,你就真带着女神通宵打了个掼蛋的感觉。

暴殄天物。