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“作为一个创业者，我会往好了想。因为等离子体已经表现出好几次这种特质，在你很绝望的时候，它总是会产生一些你完全没预料到的类似自组织的现象，表现得比预期更好。”针对聚变发电要解决的技术问题，谭熠在接受晚点专访时给出了乐观的答复。2021 年，美国掀起的核聚变创业热潮传到国内，谭熠参与创办了核聚变公司星环聚能，并担任首席科学家。在 2022 年 6 月拿到数亿元的天使轮融资，成为中国首批核聚变创业者。借助之前 20 年的研究经验，星环聚能联合清华大学只用了 279 天，就建成了第一代核聚变装置 SUNIST-2，并成功点亮第一等离子体。目前，星环聚能正在设计下一代核聚变装置 CTRFR-1，预计在 2027 年实现装置运行。这个装置不仅要连续稳定的通过重复重联将等离子体加热到一亿摄氏度，还要实现 Q 值>10 的目标。![]()
关于「星环聚能」
成立于 2021 年的星环聚能，其核心成员全部毕业于清华大学工程物理系，拥有超过 20 年积累的可控聚变研究整体经验，是国内系统性从事聚变能研发的顶尖团队之一。创始团队在高温超导球形托卡马克的基础上，创新性提出了多冲程重复运行、等离子体电流自有磁场重联加热等为特点的紧凑型重复重联聚变堆方案，预期可在相对紧凑的尺寸内实现高效、稳定、经济的聚变能输出。顺为曾于 2022 年领投「星环聚能」天使轮融资。作为顺为探索计划项目之一，星环聚能自成立以来，便秉持着创新的精神，致力于将核聚变技术商业化，以期在不远的将来，为世界提供一种新的、清洁的能源解决方案，这与“顺为探索计划”的发起目的相符。作为一家专注于发掘前沿技术和科技创新的创投机构，我们希望能够通过响应政府号召，持续支持优秀创业项目，助力实现科技创新，加速新质生产力的发展，为构建中国式现代化提供坚实的技术支撑。以下为晚点专访报道：
听到这个问题，在清华大学研究核聚变 20 多年的谭熠沉默了几秒，然后笑了起来。他觉得这个问题 “根本没道理”，因为核聚变 “从科学上是可行的”。70 多年前的曼哈顿工程期间，科学家就了解核聚变原理。二战结束后，美国很快就用它造出了氢弹。但用核聚变发电的研究几经起伏，冷战后几乎停滞了 20 多年。情况在 2021 年发生变化，美国的核聚变公司 Helion 宣布把等离子体加热到 1 亿摄氏度，实现原本只有政府项目才能做到的壮举；从麻省理工分拆的核聚变公司 CFS 开发出形成更强磁场的高温超导磁体，把低成本建造能实现核聚变装置可能性大幅提高。核聚变创业热潮出现：OpenAI 联合创始人山姆·阿尔特曼、PayPal 联合创始人彼得·蒂尔、比尔·盖茨、乔治·索罗斯等硅谷科技名流和富豪，以及 Google、DFJ 等机构在短时间里朝核聚变行业投资了 30 多亿美元，是美国政府数年来累计拨款的数倍。这个月，核聚变工业协会（FIA）发布报告称，有 5 家公司计划在 2030 年之前实现核聚变发电，还有 21 家定在 2035 年之前。谭熠说，核聚变领域也存在 “Scaling Laws”，这本身是一个物理概念：把核聚变装置的尺寸、磁场感应强度和磁场利用效率提高后，就能达到更好的效果。“资金投入多了很多，有很多激励机制高效、效率高的公司参与，会大幅加速这个过程。”他的核聚变研究生涯从行业低谷期开始。2002 年，他在清华大学工程物理系核物理专业确定保研方向时，刚好赶上清华建成托卡马克装置，就留下攻读核聚变方向博士。那时正值全球多数国家缩减核聚变投入。美国能源部给核聚变研究的拨款降到高峰时期的 1/4。“有多少钱办多少事，研究进展基本就是一个水平线。” 谭熠说，“核聚变永远还有 50 年” 的说法就在这时候出现。谭熠所在的实验室也经费不足：核聚变装置建成后，他们只是维护运行就面临极大的资金压力，“真空密封圈都是自己用粗保险丝焊的”。但谭熠没有改行，因为这个领域和他的爱好与擅长高度重合。2009 年博士毕业后，谭熠留在清华继续研究核聚变，2015 年才评上副高级职称。创办星环聚能成了谭熠职业生涯的转折点。借助他和团队之前 20 年的研究经验，星环聚能只用 279 天就在西安建成第一代核聚变实验装置，并成功运行，点亮等离子体——这是实现核聚变的最基础条件。![]()
｜星环聚能运行第一代核聚变装置，点亮等离子体。图片来自星环聚能。创业这两年，谭熠说自己的潜力得到释放，“成果可能比过去二十年都多”。他说 “核聚变永远 50 年在当时是对的，现在这个阶段不到 10 年，可能也是对的。”星环聚能正在设计下一代核聚变装置，预计 2027 年建成。他们计划，这个装置不仅要实现核聚变，还要把消耗的能量降低到产生能量的 1/10——离核聚变发电只有一步之遥。美国的核聚变公司 Helion 和 CFS 计划今年或明年达到这个目标。问题是，Scaling Laws 只是过去的经验总结，最多到实现 5.2 秒核聚变。该纪录由英国的托卡马克装置 JET 在 2023 年底创造。而 5.2 秒可控核聚变到能够平稳发电之间还是一片空白。“作为一个创业者，我会往好了想。” 谭熠认为装置真做到那个地步，性能也许会更好。核聚变领域过去 70 年的研究经历告诉他：当你很绝望时，总会有一些你完全无法预料的物理现象出现。寻找投资是他们的长期任务。星环聚能的下一代装置需要 12 亿元人民币，他们已筹到的资金还不够。谭熠是那种让投资人喜欢但又觉得棘手的创业者。他有过硬的研究背景，是博士生导师，管着清华大学的核聚变装置，可以聚集一批专业人才。他还有一段成功的创业经历：2016 年创办的硕橙科技去年收入过亿，近期完成 C1 轮融资。但他给星环聚能选了一条独特的技术路线，在美国基本找不到另一家公司像他们这么做。谭熠说：“我们需要向投资人额外解释，为什么我们的路线可以。” 他希望投资人们胆子再大一点。以下是我们与星环聚能创始人、首席科学家谭熠的对话：![]()
“从永远50年到现在的不到10年，
都是客观表述”
《晚点》：现在有 5 家商业公司定下目标，要在 2030 年前实现核聚变发电。技术真到了这个地步吗？谭熠：现在到 2030 年还有六七年时间。从科学、工程或者技术上，受控核聚变还没有完全无法解决的问题。我的感受是，我们不能基于受控核聚变之前几十年的发展速度，来判断后面的发展速度。现在资金投入比之前多了很多，国有研究机构之外，有很多非常灵活、激励机制非常先进、效率也非常高的公司参与，确实可以大幅加速。《晚点》：全球多个政府机构一起投资 200 多亿美元的核聚变装置 ITER，有十层楼高，计划在 2035 年运行，也没有定下目标一定能发电。为什么双方预期差别这么大？谭熠：因为双方的技术路线截然不同。如果都走 ITER 这个路线，并且采用 ITER 的协作方式，我相信没有哪家公司敢说比 ITER 走得更快。商业公司在 ITER 的基础上做了大幅简化和调整，比如缩小装置尺寸，调整技术路线，提高团队效率，确实省了很多资源，也有可能大幅缩短时间。《晚点》：所以商业机构作为主力，推动核聚变发电变成现实，是最合适的路径？谭熠：商业机构确实效率更高。目前的情况是，不管是什么路径，只要科学原理上没有什么问题，都有可能得到支持。聚变成功肯定是一件收益无限的事，但怎样算最合适地达到这个目标，还没人绝对肯定。我觉得还得饱和式支持，总有一些路线或者团队取得突破，得到惊人回报。《晚点》：1940 年代，造原子弹（核裂变）的曼哈顿工程期间，核聚变原理就已经明确；到后来 1950 年代成功造出氢弹（核聚变），聚变的思路就更清晰了。为什么后面核裂变电站发展得很快，核聚变电站研究 70 多年，还是很遥远？谭熠：原子弹和核裂变电站的区别其实不大，裂变电站放置了许多控制棒在核燃料里，裂变链式反应的维持与原子弹没什么本质区别。的确，氢弹实现没有多久，实现核聚变的指标就非常清晰了：以氘氚两个元素实现聚变为例，温度要到 1 亿摄氏度到 1.5 亿摄氏度，把（氘氚变成的）等离子体的密度压缩，每立方米有 10 的 20 次方个粒子，再把能量约束（用磁场把等离子体压缩并限制在特定空间）时间提高到秒级。但我们做一个聚变电站，不可能像氢弹一样，用一个原子弹去引爆，要找一个全新路子，导致核聚变电站到现在还没出现。现在主流的方式是磁约束（借助强大的磁场实现核聚变）。过去 70 多年，大家都在追求在可控的前提下，让温度、等离子体密度和能量约束时间达到聚变的条件。（备注：实现可控聚变有两种探索方向：一是惯性约束，人工模拟氢弹爆炸；另一种是磁约束，主要的方法是用强力磁场压缩高温等离子体。）《晚点》：这 70 年里，聚变研究经历几次起落，60、70 年代是上一个高峰，现在是一个新的投入高峰，这是怎么发生的？谭熠：整体上与国际局势密切相关。1950 年代是亢奋期，各国都在疯狂搞各种方案，闷着头想第一个做出来，谁先干出来，谁就掌握了终极能源。但是到 1950 年代末，大家发现这个事情跟想象的不一样，很难，情绪就比较低落了。1960 年代末，苏联人发明的托卡马克装置，性能远超最初估计，得到世界认可。再加上 1970 年代的中东战争、石油危机，之后 10 多年是聚变的黄金时期，各国投入非常多，几个大装置，包括前段时间刚刚关闭的 JET，世界最大的托卡马克装置，就是这段时间建的。![]()
｜托卡马克装置 JET 的内部构造。托卡马克是 “带有电磁线圈的环形真空室”，名字来自环形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnit）、 线圈（kotushka）这四个俄语单词的缩写。来源：JET到 1980 年代早期，大家发现把托卡马克等离子体的加热功率提升上去，它的约束（能量约束时间）就会显著变差。等离子体温度是劳逊判据的一个关键指标，能量约束时间也是劳逊判据的关键指标，我们希望这两个指标同时往上走，但实际上，一个指标往上，另一个指标就往下，两者的乘积很难提高，受控核聚变进入黑暗阶段。（备注：英国科学家劳逊在 1950 年代提出的核聚变点火必要条件，等离子体温度 T、能量约束时间 τ、跟等离子体密度 n 乘积必须达到一定的值。许多核聚变装置，包括 ITER，设计的时候都满足劳逊判据。）等离子体是一个很有意思的东西，它总在你绝望时给你来一个充满希望的实验现象。1982 年时，科学家们观测到一种叫做 “高约束模式” 的物理现象，等离子体在温度上升的同时，能量约束时间下降不会那么快，在合适的装置尺寸下，托卡马克就能满足劳逊判据。《晚点》：为什么还会有 “核聚变永远还有 50 年” 的说法？谭熠：到 1990 年代以后，国际关系形势又不一样了：苏联解体、石油变得非常便宜，不存在能源危机。大家觉得，聚变也没有那么急切，美国人那段时间还觉得 ITER 太费钱，一度退出。1990 年代到 2010 年，虽然几个装置都实现了聚变反应，功率到 10 兆瓦以上，但实际上是聚变辉煌阶段的余晖了。之后大家也没有太多投入，只是有多少钱办多少事，进展缓慢。“聚变永远 50 年” 的说法其实这段时间才出现。到 2010 年前后，大家又发现，高温超导和 AI 技术能推动核聚变发展，再加上全球变暖，对核聚变的需求又迫切起来了。从 2010 年代末到 2020 年代初，也是最近这一波，大家又开始投资聚变。前面的 “永远 50 年”，现在变成 “就在 10 年内”，都是客观表述。这与资金投入程度，技术突破等等都有关系。“永远 50 年” 在当时是对的，现在这个阶段 “不到 10 年” 有可能也是对的。![]()
核聚变有自己的Scaling Laws
《晚点》：高温超导、AI 技术，能怎样加速核聚变？谭熠：高温超导对托卡马克和仿星器（外形像一个麻花，形成的复杂磁场也能约束等离子体）这两种磁约束路线影响最大。从基本原理来讲，磁约束聚变装置，聚变输出功率由如下因素决定：首先是尺寸的三次方或者体积，一个堆建得越大，功率肯定越高；另一方面，它也正比于磁场的四次方和磁场利用效率的平方。用高温超导磁体大幅提升磁场强度，你就可以缩小堆的尺寸，降低建造成本，同时不降低输出功率。AI 则可以让一个（反应）堆运行得更稳定，可能让等离子体性能有百分之几十的提升。一个装置运行得好与差，可能就是百分之几十的性能差异。聚变等离子体是一个特别复杂的体系，它也是一个黑盒子。聚变等离子体要求密度是，每立方米有 10 的 20 次方（100000000000000000000）个粒子。我们现在的超级计算机都无法模拟如此巨量的粒子运动。现在大家唯一信得过的就是做实验，不同国家的不同团队，在不同装置上做不同实验，得到数据后做一个拟合，得出来规律。虽然大家说不清背后有什么道理，但都认为这个是可信的。这个过程就跟训练 AI 模型有点像。你可以把 AI 当成一个拟合器，只是它的参数非常非常多，几十个 Billion。如果把等离子体的每个粒子都当成一个参数，它们天然之间就存在一些共同之处。理论不好弄，不好预测这些，那就通过数据去推测，AI 能起到作用也比较自然。《晚点》：现在很多研究机构和商业公司，短期目标都是要让核聚变输出的能量超过消耗的能量（Q 值＞1）。有明确的路径吗？谭熠：是的。Q 值大于 1，或者有些激进一点，Q 等于 10 或者大于 10，这是建成商用聚变电站之前的里程碑。在磁约束方面，我刚才说的三个因子，尺寸、磁场和磁场利用效率，决定了三种不同的路线：我们管 ITER 这个叫做巨型托卡马克路线，把尺寸做大，比较稳妥但昂贵。另一种叫做强（磁）场托卡马克，我把尺寸控制住，提高磁场后，也能获得足够的聚变功率。还有一种叫球形托卡马克，装置尺寸控制得很小，磁场要高一点，也不用前者那么高，但把磁场利用效率提高。《晚点》：但现在全球 40 多家聚变商业公司尝试 20 多种不同类型的核聚变装置。为什么会有这么多装置？它们的差别是什么？谭熠：差别挺大的。至于为什么会有这么多方案，我觉得反映了科学家追求聚变产生了无穷无尽的创意，因为聚变的吸引力实在太大了。![]()
｜仿星器示意图，用复杂的线圈构成磁场。图片来自 Science。
谭熠：没错。现在大家公认托卡马克最领先，但哪种方案最有可能建成聚变电站，在市场上最有竞争力，谁也说不好。谭熠：当然是我们发现球形托卡马克最好。不过我们也有路径依赖。毕竟我们研究球形托卡马克 20 年了。它的优点已经被大量实验证实，比如磁场利用效率很高，相对容易实现核聚变等。它的麻烦之处在于，想长时间连续运行，比传统托卡马克更难。所以星环聚能做了大幅调整，把它变成一个脉冲、重复运行的装置，把这个问题跳过去了。另一方面，加热也比较麻烦。它的功率密度高，背后是等离子体密度比较高，外部的各种电磁波都打不进去，就不能很好地加热等离子体。有些波能注入进去，也是战战兢兢的，一旦等离子体的位置稍微有点移动，或者其他参数发生变化，效率就会大幅降低，一些波反射还会把射频加热系统的很多部件打坏。加热系统也非常昂贵，反正就是各种的难、贵。未来聚变堆要这么如履薄冰地运行，也不合适。所以我们也改造了加热方式，让它变得像多冲程内燃机那样，重复循环工作。它正好与我们脉冲重复运行的方式完美结合，这应该在全世界都是非常独特的技术路线。《晚点》：同行用的方案看上去挺简单，就是把托卡马克的磁体改成高温超导磁体，让磁场更强，也有可能达到预想的效果。谭熠：那是他们没把话说完。强磁场的最终目的也是提高功率密度，都会面临我说的这些问题。有时候我觉得，托卡马克你要去看本质，它就是一个变压器，就不适合长时间稳态运行。现在大家搞了各种辅助设备，勉强把它变成了可以长时间稳态运行的装置，但是强扭的瓜成本很高。研究装置成本高点没问题。但作为聚变电站，到电力市场上竞争，就要考虑成本问题。《晚点》：所以商业公司不需要做太多聚变基础研究，只需要把工程做好就可以了？谭熠：这是现实情况。即使是 ITER，也按照过去实验得到的规律设计，并不是把聚变的等离子体基本物理都了解清楚了。我们从实验中获得的 “定标律”，影响最大的因子就是装置的磁场、尺寸、电流大小等。想要改变这些因子，就是要不停地把工程技术迭代下去，做性能更高的装置。谭熠：根据几百个实验数据拟合出来一条线，或者说是一个包含 10 来个因子的函数，就是 Scaling Laws，现在大模型也讲这个。![]()
从头做一家核聚变创业公司，不能只看到问题
《晚点》：你在 2016 年创办了一家叫硕橙科技的公司，主要产品是你们研究托卡马克装置时衍生的技术，用声波检测机器状态。那个时候，跟你们路线相近的托卡马克能源已经成立 7 年，Helion 也成立 3 年。你为什么不直接创业做核聚变呢？谭熠：2016 年的时候，我们确实知道国际同行在做核聚变公司。但我们不知道国内资本市场是什么样的态度，连创业都是第一次有想法，对创业的环境、过程、可能会遇到的问题完全没有认识。星环聚能这套技术路线，当时也没有完全形成，先借助硕橙将聚变衍生技术用到工业领域，也是挺好的一件事。《晚点》：后来发生了什么，让你觉得可以做一个聚变公司？谭熠：硕橙科技的创办和发展是很重要的铺垫。硕橙是一个从想法到产品的完整过程，也让我更多地基于用户需要思考和解决问题。2018 年-2020 年的时候，硕橙已经完成前几轮融资，也有一些比较熟的投资人会经常沟通。2021 年，投资人朋友认为中国的风投市场能够容纳聚变公司。我们的技术路线也准备好了，也反复地跟海外同行比较过，优势非常突出，所以决定创办星环聚能。《晚点》：国内做核聚变的研究机构不多，做成商业公司更少。创办星环聚能的时候，你们从哪去找合适的人？谭熠：清华大学有个运行了 20 年的小球形托卡马克装置，虽然它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，该有的部件都有。我们的核心团队都是这个实验室出来的博士，他们聪明能干，而且在这个装置上面已经有五六年的实战经验。他们组成公司的科学家团队，把聚变的物理问题转换成普通的工程问题，比如将聚变等离子体的控制问题，转换为要在何处加设多少匝线圈（机械工程），通过多大电流（电气和电子工程）的问题。这些方向专业的工程技术人才，我们在市场上正常去招就行了，选择余地也比较大。谭熠：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、等离子形状等等要达到什么地步；设定这些目标后，要做物理设计，需要多大的真空室、多大的磁场线圈、位置怎么放、每个线圈电流多少；物理设计结束以后，进入工程设计阶段，把刚才的这些物理指标变成一个可加工、可安装、便于维护的机械实体；然后就开始组装，建设配套的电源和控制系统，之后开始调试；最后就运行，获得第一等离子体，然后不断优化，把它提高到目标的参数上去。谭熠：大的原理大家都清楚。包括我们这个技术路线，一说出去，同行一听也知道大概是怎么回事。当然，细节上会有哪些坑，要怎么处理，就只能你自己去操作才能够感受，才能够解决。建设和运行装置时，我们吃了很多苦头，各种困难层出不穷，有段时间每周都在出问题。![]()
｜星环聚能建成的第一代核聚变装置。图片来自星环聚能。
《晚点》：如果把核聚变发电当做一个 100% 的进度条。星环的第一代装置，点亮等离子体、加热到 1700 万度，意味着走了多少？谭熠：如果完全看参数，进度条就是 20% 还不到。毕竟要到 1 亿度，才能达到核聚变反应条件。但是时间上倒不一定，不管是我们，还是其它研究院所或者是企业，一代装置和下一代装置之间的性能提升都是指数级的。按照我们的设想，下一代装置应该能达到 Q 大于 1 甚至 Q 大于 10 的程度。《晚点》：Q 值大于 10，行业里没有任何一个装置做到过。你们的信心来自哪？谭熠：按照我们路线图，希望 2027 年能建成。我们也坦诚，可能会有一些意外，有些技术可能需要更多时间研发。到目前为止，我们还是朝这个目标努力。 谭熠：单纯根据定标律来走，其实没有太多困难。麻烦的是，定标律最高也就到 JET 这个参数（5.2 秒核聚变），真正到 Q 大于 10，是 ITER 这个指标。JET 之下，数据点非常密集，大家认为定标律是相当可信的。但 JET 之上到 ITER 其实有一段空白。这个空白区域，是不是仍然符合定标律，大家有些不太确定。中间有空白，悲观的人当然可以往坏了想。但作为一个创业者，我会往好了想，装置真的做那么大，性能很有可能是优于定标律的。等离子体已经表现出来好几次这种特质，你很绝望的时候，它总是会产生一些你完全没预料到的现象，表现得比预期更好。《晚点》：建这样一个装置，有公司说要花 35 亿元人民币。你们说只用 12 亿元就可以干出来，为什么？谭熠：我们的技术路线省了很多额外设备，加热、电流驱动这种都不要了，可以大幅降低成本。通常来讲，一个托卡马克装置，它的电流驱动和辅助加热系统，成本可能要比主机高不少。我们的尺寸比强磁场托卡马克路线还要小，这也能降低成本。《晚点》：就算是 12 亿，也超出星环现在融到的钱。你们融资顺利吗？谭熠：我们每天都会去接触各类投资人。我们面临的现实情况是，国外没有其他公司跟我们的方案完全一样，或者直接点，就是美国人没有这样的方案。我们要额外向投资人介绍，为什么没有美国人走，我们的路线可以实现。那些与美国人方案类似的公司融资时，反倒不需要做这些。创新要成体系才行。我们的创业者、科学家已经有足够多的原始创新时，希望投资人也有这个胆识，敢投这种美国公司没有投过的技术路线。《晚点》：你们想过核聚变能发电后怎么变现吗？直接卖给电网？谭熠：让电力上网，其实有很严格的手续，但我持乐观态度。如果不上电网，就比较自由开放，很多民营公司都有自备电厂。国内有一些数据中心的运营方、电动汽车和电池厂商，都可能有潜在的需求，比如电动车出厂时要充满电，他们认为从电网上买有点贵。我们的反应堆比较紧凑，也可以放在十万吨级以上的船上面，这也是一个很大的应用场景。《晚点》：星环运营这 2 年，你对核聚变更乐观了吗？谭熠：乐观了。我亲身体会到，资金支持力度上来，管理体制做了企业化改变以后，速度快了很多。商业化运行这两年取得的成果，可能比我之前 20 年取得的都多。从我个人角度讲，这个事情商业化后，就是一条没有回头的路了。这个过程可能会有些不确定，可能会遇到一些麻烦，但不管怎么着，都得把它给解决掉。这是一个现实要求。《晚点》：普通人用上核聚变装置发的电，还得多长时间？
