2024年9月20日，Power Magazine发表了一篇题为《U.S. in a Race with China to Develop Commercial Fusion Power Technology》的文章，深入探讨了美国和中国在开发商业聚变能源技术方面的激烈竞争。文章指出，尽管美国自20世纪50年代以来一直在核聚变研究领域处于领先地位，但中国近年来在这一领域的投资和研究进展显著。以下为报道内容：
聚变能是一种具有巨大潜力的发电方式，它模仿了为太阳和恒星提供能量的自然过程。在聚变过程中，两个轻原子核结合形成一个更重的原子核，同时释放出巨大的能量。这与核裂变不同，后者是将重原子分裂。在核聚变中，最常用的燃料是氢的两种同位素——氘和氚的混合物。为了实现聚变，原子核必须克服它们之间的电磁排斥力。在某些聚变能源方案中，需要达到超过1亿摄氏度的极高温度。因此，尽管聚变过程本身已经被充分理解，科学家们仍在努力解决与等离子体约束、材料选择和其他技术细节相关的工程难题。
一、美国核聚变研究
自20世纪50年代以来，美国一直在积极推动核聚变能源的开发，这包括政府资助的研究项目以及近年来私营部门的参与。美国的主要核聚变研究设施和项目包括：
- 美国能源部（DOE）的科学办公室（SC）通过其核聚变能源科学（FES）项目，一直是推动美国核聚变研究的关键力量。
- 普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL），自20世纪50年代起就开始进行核聚变研究。
- DIII-D国家聚变设施，位于加利福尼亚州圣地亚哥，由通用原子公司为DOE运营，自20世纪80年代中期以来一直在进行开创性的核聚变研究。
- 劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF），自2009年建成以来，专注于惯性约束聚变研究。
- 美国还参与了国际热核聚变实验堆（ITER）项目，这是在法国建造的一个大型实验性托卡马克装置，旨在验证聚变能源的可行性。ITER项目是一个国际合作项目，包括中国在内的35个国家参与其中。
最近的聚变能里程碑包括2022年12月在NIF实现的聚变反应净能量增益，尽管整个过程的能量消耗仍然超过了产出。此外，近年来私营部门在聚变能源开发方面的参与也在不断增加。2023年5月，DOE向八家私营公司提供了4600万美元的资金，用于聚变发电厂的设计和研究。
二、面临中国核聚变计划的挑战
尽管美国一直是核聚变研究的领导者，但中国近年来也在这一领域投入了大量资金。在2024年9月19日举行的参议院能源和自然资源委员会听证会上，委员会主席、参议员乔·曼钦（Joe Manchin）展示了一张图表，显示了2010年至2023年间各国对核聚变公司的股权投资情况。根据图表，美国在此期间的投资总额约为42.8亿美元，远超其他国家。然而，中国在2022年进行了大规模投资，并在2023年的投资额超过了包括美国在内的所有其他国家，这可能对美国在核聚变领域的领先地位构成挑战。
“美国仍处于领先地位，但你可以看到中国正在大举进入该领域，”曼钦说。“中国不仅试图在科学上超越我们，他们还努力通过确保建造核聚变电站所需的关键材料市场来控制核聚变能源供应链，就像他们在太阳能和电动汽车电池领域所做的那样。我们不能失去在核聚变能源技术方面的竞争优势。”
曼钦指出，中国模仿了美国发展聚变能源的战略计划。他提到，中国正在迅速建立自己的研究项目和实验室，这些实验室将模仿美国能源部的国家实验室。
资深参议员约翰·巴拉索（John Barrasso，怀俄明州共和党）在开幕致辞中指出，核聚变能源的进步正值美国对电力的需求快速增长之际。“我之前从《纽约时报》上看到了一篇文章，文章称，五年后，由于所有需要新能源的领域都会出现，而这些需求大部分将由支持人工智能的数据中心、比特币挖矿、云计算和存储中心推动。如果我们无法为这些设施提供价格合理且可靠的电力，美国可能会丧失在这些关键技术领域的领导地位。”他说。
巴拉索继续说道：“中国明白这一点。他们明白，人工智能的竞争也是一场争夺计算机能源的竞争。这也是中国在核聚变领域与我们展开激烈竞争的原因之一。”
巴拉索随后展示了《华尔街日报》7月份发表的一篇文章，标题为“北京在核聚变竞赛中领先美国”。他指出，听证会上的FES的副主任让·保罗·阿兰博士的话被引用在了文章中。巴拉索认为，这篇文章暗示中国正在遵循美国核聚变能源商业化的路线图。“他们（中国人）有能力模仿我们的做法，然后试图以各种方式推进，超越我们。”巴拉索说。
三、美国引领核聚变发展的机会
阿兰在周四的听证会上强调，核聚变能源的潜力极其巨大，不容忽视。他指出，通过核聚变反应产生的能量，我们有望获得一种既稳定又无碳排放的基础电力，这对于应对气候变化具有至关重要的作用。同时，核聚变能源的广泛应用和变革性影响，使其成为我们必须优先考虑的国家安全问题。美国必须保持在这一领域的技术领先和竞争优势，不能被其他国家超越。为了在未来十年内实现核聚变能源的商业化，我们需要采取果断措施，解决当前面临的科学和技术难题，并推动核聚变能源向规模化发展迈进。
阿兰表示，FES实现其十年核聚变能源愿景的方法建立在三项关键行动之上。“首先，我们必须通过缩小关键的科学和技术差距来推动创新，投资核聚变能源科学以符合大胆的十年愿景，而FESAC（核聚变能源科学咨询委员会）长期计划的建议将帮助我们以必要的速度和规模加速发展，”他说。
其次，阿兰表示，利用公私伙伴关系很重要。“拟议的公私联盟框架使整个经济领域的参与者能够支持聚变科学和技术的发展，以实现商业聚变能源，”他说。“参与者可能包括学术界、政府实验室、私募股权、贷款计划、州和地区政府、慈善投资者以及大型行业和企业。”
FES清单上的最后一项行动涉及建立一个强大的聚变技术制造网络。“这项投资将产生创新并扩大必要的聚变技术，包括内部组件、先进材料和氚管理系统，这些技术是使聚变在规模上具有经济竞争力所必需的。”
参议院听证会的另一位参与者、核创新联盟研究主任帕特里克·怀特博士（Dr. Patrick White）建议，在美国致力于实现核聚变能源商业化的过程中，应优先考虑两项事项。“首先，我们需要确保清洁能源政策包含技术，从而为核聚变能源作为一种坚定的清洁能源来源创造明显的市场吸引力。其次，私营企业、学术研究人员、国家实验室和联邦政府必须密切协调和合作，在适当的联邦资金和政策下实施和支持综合核聚变能源计划，该计划有效、高效地优先考虑通过开发、示范和部署四个阶段加速核聚变能源商业化的努力，”他说。
四、中国是一个高度参与的竞争对手
怀特在向委员会提交的书面呈词中指出，中国已为其国内聚变产业制定了计划，并正在付诸实施。在中国合肥，中国科学院等离子体物理研究所每年协调和指导数十亿美元的商业聚变能研发工作。中国的科学家和工程师已经在运行实验性先进超导托卡马克（EAST），它是世界领先的实验性聚变机之一。他们已经在建造燃烧等离子体实验性超导托卡马克（BEST），该装置旨在作为科学和工程演示机器，在未来三到五年内在中国测试关键的聚变燃料循环和聚变能氚组件。中国聚变工程试验反应堆（CFETR）目前正在设计中，它将成为他们在2030年代的第一个商业演示机器，因为他们预计在接下来的十年中实现大规模的商业部署。他们还在建设支持性技术研究设施，以帮助加速发展。综合核聚变技术研究设施（CRAFT）将于2025年完工，并将推动和加速技术开发，以支持其科学、工程和商业演示。简而言之，中国对核聚变能源商业化路径的所有阶段都有规划，他们正在进行投资以加速开发和未来部署。
然而，参议员Angus King (I-Maine) 建议美国应该考虑与中国合作，而不是与其竞争。金认为：“一旦这项技术投入使用，大规模商业化，它就会改变世界。这是我们在这里讨论的最重要的话题之一。”他说，今天任何人能为环境做的最好的事情就是让中国摆脱煤炭。
“为什么必须与中国竞争？”King问道。“这不是军事技术。这是民用技术，它将影响我们所有人。为什么这项技术不能成为我们两国合作的契机，从而推动两国关系的发展呢？通过合作，他们可以实现目标，我们也可以。我们携手合作，甚至可能提前五年实现目标。”
然而，怀特认为两国之间的竞争是有益的。他表示：“竞争越多越好，因为这为我们提供了更多机会，让这项技术真正发挥作用。”他进一步解释说：“我们可以这样想，竞争如何激发创新，最终吸引更多聪明人投身于这一领域。正如你所说，这可能会改变世界。”
与此同时，总部位于华盛顿州埃弗雷特的私营公司 Helion Energy 的公共事务总监 Jackie Siebens 表示，中国已经在积极努力锁定核聚变供应链。该公司正在努力建造世界上第一座核聚变发电厂。“在我们实际演示和部署第一台机器之后，我们看到真正的竞争才刚刚开始，”Siebens 说。“当我们想到我们预测的所有需求，以及已经看到客户不仅在美国，而且在世界各地大规模部署的需求时，我们认为这是一个国家安全问题，我们必须确保在美国以及我们的盟友能够获得一条使我们能够主导这个市场的供应链。因为如果我们不这样做，中国就会这样做，以及随之而来的所有地缘政治影响。”
“毫无疑问，我们正在展开一场竞赛，”阿兰说。“实现核聚变能源是人类面临的最重大挑战之一。因此，我们需要认识到，在我们整合大量专业知识并利用大量资源的同时，我们需要牢记，我们必须时刻保持警惕，并高度重视缩小我们一直在谈论的科学技术差距。”阿兰继续说道：“好消息是，经过数十年对公共项目（公共部门）的投资，这些投资实际上已经使私营部门能够加大对聚变技术开发的投资。这是个好消息。”
原文链接：
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