中国首批核聚变企业家谭毅：它总在你绝望的时候给你希望-流量卡办理网

“核聚变距离实现还有 50 年的时间，这是事实，而现在距离实现核聚变大概只剩不到 10 年的时间了。”

何倩明

程曼琪主编

“如果核聚变发电根本就无法实现怎么办？”

听到这个问题，在清华大学研究核聚变二十多年的谭毅沉默了几秒，随后笑了起来，他觉得这个问题“完全没有意义”，因为核聚变“在科学上是可行的”。

70多年前，曼哈顿计划期间，科学家了解了核聚变的原理。二战后，美国迅速利用它制造了氢弹。然而，核聚变发电的研究历经坎坷，冷战结束后的20多年里几乎停滞不前。

前不久，美国核聚变公司宣布成功将等离子体加热至1亿摄氏度，实现了此前只有政府项目才能实现的壮举；从麻省理工学院分拆出来的核聚变公司CFS开发出能形成更强磁场的高温超导磁体，大大增加了低成本建造核聚变装置的可能性。

一股核聚变创业浪潮已经涌现：联合创始人Sam ，联合创始人Peter Thiel，比尔盖茨、乔治索罗斯等硅谷科技名人和富豪，以及DFJ等机构，短时间内向核聚变行业投资超过30亿美元，是美国政府历年提供资金累计的数倍。

这一年，谭毅创办了核聚变公司星环能源，并担任首席科学家。2022年6月，他获得数亿元天使轮融资，成为中国首批核聚变创业者之一。

本月，核聚变工业协会（FIA）发布报告称，有五家公司计划到 2030 年实现核聚变发电，另有 21 家公司计划到 2035 年实现核聚变发电。

谭毅说，核聚变领域也有“规律”，这本身就是一个物理概念：通过增加核聚变装置的尺寸、磁场感应强度和磁场利用效率，可以取得更好的效果。“通过大量的资金投入和许多激励机制，高效企业的参与将大大加速这一进程。”

他的核聚变研究生涯开始于行业处于低谷的时候。2002年，当他决定去清华大学工程物理系继续读核物理研究生时，清华大学刚刚建成托卡马克装置，于是他便留在清华大学攻读核聚变博士学位。

当时，世界各国大多减少了对核聚变的投入，美国能源部对核聚变研究的资助降到了巅峰时期的四分之一。“我们手头的钱只能做这么多，研究进展基本持平。”谭毅说。正是在这个时候，“核聚变永远是50年后的事情”的说法出现了。

谭毅所在的实验室同样资金匮乏，核聚变装置建成后，仅维护和运行就面临巨大的资金压力，“真空封口都是我们自己用粗大的保险丝焊的”。

但谭毅没有转行，因为这个领域与他的爱好、专业高度契合。2009年博士毕业后，谭毅留在清华大学继续从事核聚变研究，并于2015年获副高级职称。

星环能源的成立成为覃毅职业生涯的转折点。借助他和团队此前20多年的科研经验，星环能源仅用279天就在西安建成了第一代核聚变实验装置，并成功运行，点燃了等离子体——实现核聚变的最基本条件。

Star Ring 运行第一代核聚变装置并点燃等离子体。图片来自 Star Ring 。

创业两年多来，谭毅称自己的潜力已经释放，“成果可能比过去二十年还要多”。他说，“当时对核聚变需要50年的预测是正确的，现阶段可能也对10年以内。”

星环能源公司正在设计下一代核聚变装置，预计2027年完成。他们计划，这种装置不仅能实现核聚变，还能将消耗的能量降低到产生能量的十分之一——距离核聚变发电只有一步之遥。美国核聚变公司和CFS计划在今年或明年实现这一目标。

问题在于，劳斯只是对以往经验的总结，最多只能实现5.2秒的核聚变，这一纪录是2023年底英国托卡马克JET创下的，但5.2秒受控核聚变与稳定发电之间，仍有一片空白。

过去的规则在未来是否仍然有效？

“作为企业家，我会往积极方面想。”谭毅认为，如果装置真的能达到那个水平，性能可能还会更好。70年核聚变领域的研究经历让他知道，当你拼命的时候，总会出现一些你完全无法预测的物理现象。

寻找投资是他们的长期任务，星环能源的下一步发展需要12亿元，他们目前筹集的资金远远不够。

谭毅是那种投资者喜欢但又难对付的创业者。他有扎实的科研背景，是博士生导师，又在清华大学管理核聚变装置，能聚集一批专业人才。他也有成功的创业经历：2016年成立的硕诚科技，去年营收过亿，最近完成C1轮融资。

但他为星环能源选择了一条独特的技术路线，美国基本上没有其他公司这样做。谭毅说：“我们需要向投资者解释为什么我们的路线是可行的。”他希望投资者能更大胆一些。

以下是我们与星环能源创始人、首席科学家谭毅的对话：

“从50年到不到10年，这是一个客观的说法”

：五家商业公司定下目标，2030年实现核聚变发电，技术真的做到这一步了吗？

谭毅：到2030年还有六七年的时间。从科学、工程或者技术的角度看，受控核聚变没有完全解决不了的问题。我的感觉是，不能以过去几十年的发展速度来判断受控核聚变的发展速度。现在的资金投入比以前高很多，除了国有科研机构，还有很多非常灵活、激励机制非常先进、效率非常高的公司参与其中，确实可以大大加速发展。

：ITER，这个由全球多个政府机构共同投资超过200亿美元的核聚变装置，有十层楼高，计划2035年投入运行，并没有设定发电的目标。双方的预期为何差别这么大？

谭毅：因为双方的技术路线完全不同。如果两家公司都走ITER路线，采取ITER协作的方式，我相信没有一家公司敢说会比ITER更快。商业公司在ITER基础上做了大幅度的简化和调整，比如缩小装置体积、调整技术路线、提高团队效率等。这确实节省了很多资源，也可能大幅缩短时间。

《晚点》：所以由商业机构牵头推动核聚变发电成为现实是最合适的路径吗？

谭毅：商业机构确实效率更高，目前的情况是，不管走哪条路，只要科学原理没有问题，就很有可能得到支持。聚变成功肯定会带来无限的收益，但没有人绝对确定如何以最合适的方式实现这个目标。我觉得还是需要饱和式的支持，总会有一些路线或团队取得突破，获得惊人的回报。

：上世纪 40 年代，曼哈顿计划制造原子弹（核裂变）的时候，核聚变的原理就已经很清晰了；而后来到了上世纪 50 年代，氢弹（核聚变）成功制造出来之后，聚变的思路才更加清晰。为什么核裂变电站后来发展得那么快，而核聚变电站研究了 70 多年之后，仍然遥不可及呢？

谭毅：原子弹和核裂变电站其实没有太大的区别，裂变电站在核燃料中放置了很多控制棒，维持裂变链式反应和原子弹没有本质区别。

确实，氢弹研制出来后不久，实现核聚变的指标就已经非常明确：以氘和氚的聚变为例，温度要达到1亿到1.5亿摄氏度，等离子体（由氘和氚组成）的密度要压缩到每立方米10的20次方个粒子，然后将能量约束（用磁场将等离子体压缩并约束在特定空间内）时间要提升到秒级。

但我们建聚变电站，不能像氢弹那样用原子弹去引爆，需要另辟蹊径，这也是核聚变电站至今还没出现的原因。现在主流的方法是磁约束（利用强磁场实现核聚变）。70年来，大家一直在追求在温度、等离子体密度、能量约束时间可控的前提下，实现聚变的条件。

（注：实现受控聚变的探索方向有两个：一是惯性约束，人为模拟氢弹爆炸；二是磁约束，主要手段是用强磁场压缩高温等离子体。）

《晚点晚报》：过去 70 年，核聚变研究几经起伏，上世纪六七十年代是最后一个高峰，现在又是一个投资高峰，这是怎么发生的？

谭毅：总体来说和国际形势有很大关系。上世纪五十年代是一个兴奋的时期，各国疯狂地搞各种方案，都想着谁能率先想出，谁就能掌握最终的能源。但到了五十年代末，大家发现，这并不是自己想象的那样，而且非常困难，于是就消沉了。

20 世纪 60 年代末，苏联人发明了托卡马克装置，其性能远超最初预估，得到了世人的认可。再加上 70 年代的中东战争和石油危机，此后的 10 年是核聚变的黄金时期，各国投入大量资金，包括前段时间刚关闭的世界最大托卡马克装置 JET 在内的几座大型装置都是在此期间建成的。

托卡马克装置JET的内部结构。托卡马克是“带有电磁线圈的环形真空室”。名称来自四个俄语单词“环”（）、“真空室”（）、“磁铁”（）和“线圈”（）的缩写。来源：JET

到了 20 世纪 80 年代初，人们发现提高托卡马克等离子体的加热功率会显著恶化其约束性（能量约束时间）。等离子体温度是劳伦斯准则的关键指标，能量约束时间也是劳伦斯准则的关键指标。我们希望这两个指标同时上升，但实际上，一个指标上升，另一个指标就会下降，两者的乘积很难提高，受控核聚变从此进入黑暗阶段。

（注：英国科学家劳森于20世纪50年代提出的核聚变点火的必要条件：等离子体温度T、能量约束时间τ、等离子体密度n的乘积必须达到一定值。包括ITER在内的很多核聚变装置都是按照劳森标准设计的。）

等离子体是个很有趣的东西，它总在你绝望的时候给你一个充满希望的实验现象。1982年，科学家观察到一种叫“高约束模式”的物理现象，当等离子体温度升高时，能量约束时间不会下降得那么快。在合适的装置尺寸下，托卡马克可以满足劳森准则。

《晚点》：为什么还有“核聚变还要50年才能实现”的说法？

谭毅：90年代以后，国际关系形势不一样了：苏联解体，石油变得很便宜，没有能源危机，人们觉得核聚变没那么迫切了。美国人也觉得ITER太贵，退出了。90年代到2010年，虽然有几个装置实现了核聚变反应，功率达到10兆瓦以上，但其实是核聚变辉煌阶段的余晖。之后，人们没有过多投入，只是各取所需，进展缓慢。“核聚变永远需要50年”的说法，其实就是在这个时期出现的。

2010年前后，人们发现高温超导和AI技术可以推动核聚变的发展，再加上全球气候变暖，核聚变的需求变得迫切，2010年代末到2020年代初，也是最近的一波，人们又开始投入核聚变。

以前的“永远50年”，现在变成了“10年内”，这是一个客观的说法。这跟资金投入水平、技术突破等都有关系。“永远50年”在当时是正确的，现阶段“10年以内”可能也是正确的。

核聚变有其自身的规律

《晚点》：高温超导与AI技术如何加速核聚变？

谭毅：高温超导对两条磁约束路线影响最大，托卡马克和仿星器（外形像麻花，形成复杂的磁场，也能约束等离子体）。从基本原理上讲，磁约束聚变装置的聚变输出功率由以下几个因素决定：第一，尺寸或者体积的立方。堆越大，功率就越高；另一方面，也和磁场的四次方和磁场利用效率的平方成正比。利用高温超导磁体大幅度提高磁场强度，可以在不降低输出功率的情况下，缩小堆的体积，降低建设成本。

人工智能可以让反应堆运行得更稳定，并可能将等离子体性能提高百分之几十。设备运行良好与不良之间的差异可能只有百分之几十。

聚变等离子体是一个特别复杂的系统，也是一个黑箱。聚变等离子体需要每立方米10的20次方（）个粒子的密度。我们目前的超级计算机无法模拟如此庞大数量的粒子的运动。

现在大家唯一可以相信的就是做实验，不同国家不同团队在不同的设备上做不同的实验，拿到数据之后再做拟合，找到规律。虽然没人能解释背后的原因，但都认为是可信的。

这个过程有点像训练一个AI模型。你可以把AI看作是一个拟合器，只不过它有很多参数，有几十个。如果你把等离子体中的每个粒子看作一个参数，它们自然就会有共同点。理论很难想出来，而且很难预测这些东西，所以我们可以通过数据进行推测，AI自然可以发挥作用。

：现在很多科研机构和商业公司的短期目标是让核聚变输出的能量超过消耗的能量（Q值>1），有没有明确的路径？

谭毅：是的。Q值大于1，或者激进一点，Q等于10或者大于10，这是在建设商业化聚变电站之前的一个里程碑。在磁约束方面，我刚才提到的三个因素，尺寸、磁场、磁场利用效率，决定了三种不同的路线：

我们把ITER路线称为巨型托卡马克路线，这种路线更安全，但是如果尺寸再大一些，成本会更高。还有一种路线叫强（磁）场托卡马克，我控制尺寸，加大磁场，就能获得足够的聚变功率。还有一种球形托卡马克，把装置尺寸控制得很小，磁场稍微大一些，但没有前者高，但磁场利用效率提高了。

：但是现在全世界有超过 40 家核聚变商业公司，正在尝试超过 20 种不同类型的核聚变装置。为什么会有这么多装置？它们之间有什么区别？

谭毅：差别还是比较大的，至于为什么会有这么多的计划，我觉得这体现了科学家在追求聚变上有着无穷的创造力，因为聚变的吸引力实在是太大了。

仿星器的示意图，它使用复杂的线圈形成磁场。图片来自。

《》：也就是说，对于如何实现融合，目前还没有达成共识。

谭毅：对，现在大家都公认托卡马克方案是最先进的，但是谁也说不准哪种方案最有可能建成聚变电站，哪种方案最有市场竞争力。

：星环选择了球形托卡马克装置。为什么呢？

谭毅：当然我们发现球形托卡马克是最好的。但是我们也有路径依赖。毕竟我们已经研究球形托卡马克20年了。

它的优点已经被大量实验证实，比如磁场利用效率高、核聚变相对容易。麻烦的是，它比传统托卡马克更难长时间连续运行。因此，星环能源进行了重大调整，将其变成脉冲式、重复性运行的装置，从而跳过了这个问题。

另一方面加热也比较麻烦，它的功率密度大，等离子体密度比较高，各种外界电磁波无法穿透，所以等离子体不能很好的加热。有些波可以注入，但是也是颤动的，一旦等离子体的位置稍微移动，或者其他参数发生变化，效率就会大大降低。有些波的反射也会损坏射频加热系统的很多部件。加热系统也很昂贵。总之，各种方式都很困难，而且成本很高。

未来的聚变反应堆，再这样小心谨慎地运行，显然是不合适的。所以我们还修改了加热方式，让它像多冲程内燃机一样，以重复循环的方式工作。和我们的脉冲重复运行方式完美结合，这在国际上应该是一条非常独特的技术路线。

《》：同行采用的解决方案看上去相当简单，就是把托卡马克的磁体换成高温超导磁体，让磁场更强，这或许也能达到预期的效果。

谭毅：那是因为他们的话没说完。强磁场的最终目的是提高功率密度，他们会面临我提到的问题。有时候我觉得，如果看托卡马克的本质，它只是一个变压器，并不适合长期稳态运行。现在大家已经开发了各种辅助设备，才勉强把它变成一个可以长期稳态运行的设备，但强行把它改造成一个设备的成本很高。研究设备贵一点也没关系。但作为聚变电站，在电力市场竞争的时候，就得考虑成本问题。

《晚点》：所以商业公司不需要对核聚变做太多的基础研究，他们只要完成工程化就可以了？

谭毅：这就是现实。即便是ITER也是按照过去实验得到的规律设计的，而聚变等离子体的基本物理还没有完全搞清楚。我们从实验中得到的“缩放规律”，对装置的磁场、尺寸、电流等影响最大。如果要改变这些因素，就得不断迭代工程技术，做出性能更高性能的装置。

《迟到》：校准定律是什么意思？

谭毅：根据几百个实验数据去拟合一条直线，或者一个包含10个左右因素的函数，这是定律，现在大的模型也讲这个。

要从头开始创办一家核聚变初创企业，你不能只看问题

：你在 2016 年创办了一家叫硕诚科技的公司，主打产品是你研究托卡马克装置所衍生的技术，利用声波来检测机器的状态。当时和你路线类似的托卡马克能源已经成立 7 年，而硕诚能源成立 3 年。你为什么不直接创业做核聚变呢？

谭毅：2016年的时候我们确实知道国际同行在做核聚变公司。但当时并不知道国内资本市场的态度是怎样的。我们也是第一次有创业的想法，对创业的环境、流程、可能遇到的问题都一无所知。星环能源当时技术路线还没有完全成型，能借助硕诚把聚变衍生技术用在工业领域，也算是一件好事。

《晚点》：后来发生了什么让你想到可以创办一家核聚变公司？

谭毅：硕诚科技的创立和发展是一个很重要的基础，硕诚从idea到产品是一个完整的过程，也让我能够更多的站在用户需求的角度去思考、解决问题。2018年到2020年，硕诚已经完成了前几轮融资，有一些熟悉的投资人会经常交流。2021年，投资人朋友认为中国的创投市场可以容纳聚变公司，我们的技术路线也准备好了，和海外同行反复对比，优势非常突出，所以才决定创办星环能源。

《晚报》：国内做核聚变的科研机构不多，真正商业化的就更少了。您创办星环能源的时候，是怎么找到人才的？

谭毅：清华大学有一个小型球形托卡马克装置，已经运行了20年，虽然是世界上最小的托卡马克之一，但也是一个完整的托卡马克，必备的部件一应俱全。我们的核心团队都是这个实验室的博士，他们聪明能干，在这个装置上都有五六年的实践经验。他们在公司组成科学家团队，把聚变的物理问题转化为普通的工程问题，比如把聚变等离子体的控制问题转化为在哪里加多少圈线圈（机械工程）、通过多少电流（电气电子工程）的问题。这些方向的专业工程技术人才我们正常可以在市场上招聘，选择空间很大。

《晚点》：从零开始建造一个核聚变装置的过程是怎样的？

谭毅：你得先明确物理目标，主要是电子密度、温度、能量约束时间、等离子体电流、磁场、等离子体形状等；确定这些目标之后，就需要做物理设计，比如真空室有多大，磁场线圈有多大，怎么摆放，每个线圈要通多少电流等；物理设计完成后，就进入工程设计阶段，把这些物理指标变成可以加工、安装、维护的机械实体；然后开始组装，搭建配套的电源和控制系统，然后开始调试；最后运行起来，得到第一团等离子体，然后不断优化，完善到目标参数。

《晚点晚报》：听起来核聚变行业并没有太多秘密。

谭毅：大体原理大家都知道，我们讲技术路线，同行就知道是什么样的。当然细节上的坑，只有自己操作才能体会和解决。我们在搭建和操作这个装置的时候吃了很多苦头，各种困难接踵而至，有一段时间，每周都有问题。

星环能源建造的第一代核聚变装置。图片来自星环能源。

：如果将核聚变发电视为100%的进度条，那么星环第一代装置将等离子体点燃并加热到1700万度，取得了多少进展？

谭毅：从参数来看，进度条还不到20%，毕竟要达到核聚变反应的条件，需要1亿度。但时间还不确定，不管是我们，还是其他科研院所、企业，第一代器件和下一代器件之间的性能提升都是指数级的，按照我们的设想，下一代器件应该可以做到Q大于1，甚至Q大于10。

：Q值大于10，这是业界还没有设备能达到的，你的信心来自哪里？

谭毅：就是来自于刚才讲到的校准定律。

《Late》：什么时候能够完工？

谭毅：按照我们的路线图，我们希望在27年内完成。我们也坦言，可能会有一些意外，一些技术可能需要更多的时间来开发。到目前为止，我们还在朝着这个目标努力。

《晚点》：会不会有什么困难或者技术障碍？

谭毅：如果单纯按照校准定律，难度不大。问题是校准定律只达到JET参数（5.2秒核聚变），真正的Q大于10是ITER指标。在JET以下，数据点非常密集，大家都觉得校准定律挺靠谱的。但从JET到ITER其实有一个空白区，这个空白区是否还符合校准定律，还不能确定。

中间有一个空隙，悲观者当然可以往最坏的地方想。但作为创业者，我会往最好的地方想。如果设备真的那么大，性能很可能比校准定律更好。等离子已经多次表现出这种特性。当你绝望的时候，它总是会产生一些你从未预料到的现象，表现比预期的更好。

《晚点晚报》：有公司说建造这样一台设备要花费35亿元，您说只需要12亿元，为什么呢？

谭毅：我们的技术路线省去了很多额外的设备，比如加热、电流驱动等，可以大大降低成本。一般来说，托卡马克装置的电流驱动和辅助加热系统的成本可能比主机的成本要高很多。我们的尺寸比强磁场托卡马克路线小，这样也可以降低成本。

：虽然是12亿，但比星环科技目前融资的金额还多，你们的融资还顺利吗？

谭毅：我们每天都会和各种各样的投资人见面，我们面临的现实是，国外没有其他公司有和我们一模一样的解决方案，或者说得更直接一点，美国人没有这样的解决方案。我们需要向投资人解释，为什么美国人没有走这条路，为什么我们的路线是可行的。和美国人有类似解决方案的公司，在融资的时候不需要这么做。创新一定要系统化，当我们的企业家、科学家有足够多的原始创新的时候，我们希望投资人也有勇气去投这条美国公司没有投过的技术路线。

：您有没有想过如何将核聚变能源商业化？直接卖给电网？

谭毅：其实上网的手续很严格，但我是乐观的。如果不上网的话，比较自由开放，很多私营企业都有自己的发电厂。国内还有一些数据中心运营商、电动汽车和电池制造商，这些可能有潜在的需求。比如电动汽车出厂时必须充满电，他们觉得从电网买有点贵。我们的反应堆比较紧凑，也可以放在十万吨以上的船上，这也是一个很大的应用场景。

《晚点》：经过运营两年，你是否对核聚变更加乐观了呢？

Tan Yi：我很乐观。我亲自经历了财务支持的增加，而管理系统转变为企业，速度在过去的两年中取得了很多成就。

从我的个人角度来看，一旦商业化，就不会有一些不确定性，并且可能会有一些麻烦，但是无论如何，这是一个现实的要求。

“ ”：普通人使用核融合设备产生的电力需要多长时间？

谭Yi：根据我们的计划，大约十年。

标题图片：由雷德波斯特（）的作者拍摄的的实验室接受采访。