作者 | 向现

编辑 | 施晶晶

“能源是什么？你想到的第一个画面是什么？”在采访的中程，孔德峰话锋一个急转，突然反问过来。

孔德峰不是媒体人，他是一个标准的理工男，但他问过很多人这个问题。他是真的好奇。

去年，他也这么问过中央美术学院的一群教授。他当时的身份是合肥综合性国家科学中心能源研究院科发处处长、聚变产业应用研究中心副主任。从2007年读研开始，他专注核聚变的研究方向，算算时间，已近20年。

他问出了问题，回答却总是不能令他满意，大部分人都是一样的反应：黑色的煤炭，黑色的石油，黑色的环境污染……“难道这不奇怪吗？”孔德峰反问道，这个社会离不开能源，但是人们对能源却没什么好感。

孔德峰还是一个航天迷。货比货，更“诛心”。因为航空航天与能源紧密连接，“你问航天（的第一画面），是白色的火箭，白色的宇航服，是探索宇宙，是航天精神……”

本质相差不远的两个领域，一个是发出“白月光”的月亮，另一个竟是地上肮脏的“六便士”。孔德峰得出他的结论：“你会发现，我们能源的这个‘人设’，实在是有点糟糕。”

这也是为什么，身为“理工男”“科研人”“工程师”的孔德峰，要去找央美合作，“借助美的东西，为聚变、可控核聚变，甚至是为能源，重新造一个人设出来”，他说。

孔德峰，国家重点研发计划项目首席科学家，合肥工业大学聚变科学与工程学院执行院长，合肥聚合聚变技术有限公司创始人

因此，当我们讨论核聚变的时候，在高深晦涩的科学原理之前、在震撼的大科学装置之前，或许应该重新认识能源的样子。不一个样子的能源，也将把文明变成不同的样子。

01

下一站，核能

去年9月，与央美合作的科普展览，在央美的美术馆开幕，名字就叫“能源与文明——科学艺术·聚变未来”。核聚变是主角，但是，展览用了很大的篇幅，回顾从钻木取火到核聚变的能源技术演变，讲清楚能源究竟是怎么来的。“因为在一个能源人的视角中，能源的类型，对人类文明形态有本质的影响。”孔德峰说。

能源是怎么来的？这个问题从本质上回答，并不复杂。因为在根本上，地球上的人类能感受到的超过99%的能源，都来自太阳。

光伏、风能、闪电，都是太阳能的不同形式。连煤、石油、天然气这样的“化石能源”，也是远古植被储存下来的太阳能。太阳能之外，地球形成时的地热能、以及地球自转所带来的潮汐能，为人类所开发的程度极小，可以忽略不计。因此可以说，对人类而言，太阳哺育了一切。于是，关键问题变成了人类使用能源时的转化效率。

对人类而言，太阳哺育了一切，而太阳的能量来自核聚变反应

在原始社会，人类攫取能源的最重要方法是采摘果实。这个过程中，太阳照射树木植物，通过光合作用，太阳能储存到果实或者种子上；通过进食，能量为人类所获。“本质上，就是太阳能通过多重转化，最后转化成人体能量。”孔德峰解释。

不难理解，如此一来在原始社会，能量的转化效率有多低——树木那么多，果树只是极少数；果树那么大，果实也只是一小部分；最终，成熟的果实也仅有一小部分为人类所用。人类打猎摄取能量，也是一样的道理，只有极小部分能量完成了转化。

进入农业社会，“太阳直接照射到禾苗、水稻这些作物上，（太阳能）转化成种子的比例大幅提升”，孔德峰解释。所以，农业社会才能养得起大规模的人口。人员聚集生活，开始了社会组织形态的演化。

进入工业社会，煤、石油、天然气，本质都是化石能源，人类以“电力”的形式，把能源集中到发电厂。于是，能源集中起来，可以支撑城市的运转和发展，才有了高度发达的城市文明。

每当人类找到一种更高效的利用太阳能的方式，文明就完成一次跃迁。

化石能源之后，下一个主力能源会是什么呢？孔德峰的答案是：核能。

四川成都的中国核动力研究设计院内，中核集团“玲龙一号”试验台架/新华社记者 刘坤 摄

“我自己的判断是，如光伏、风电的新能源，会成为非常重要的能源形态，但它们更多的是，在核能时代之前的一个过渡期。”孔德峰说。

去年夏天的央美，相似的演化路线，以艺术的形式被展览出来。核聚变的部分，三大装置“闪电”“海”和“造太阳”引人驻足。

其中的“造太阳”，是用光纤设备导引自然的阳光，在馆内的白墙上，投射出一个直径5米的“人造太阳”，光纤绚丽又柔和。

它暗合了核聚变能源两个最重要的特点，一个是，哺育了人类的太阳能，就来自太阳上的核聚变反应，因此人类要掌握核聚变能源，就是要人工造一个“太阳”。另一个，是它如阳光般清洁、耀眼——能源不再是“黑黑的什么”。

02

“瓶中的太阳”

聚变能源的“起点”很高，甫一问世，就有人称它是能源界的“圣杯”，乃至“终极能源”。

连行业内的人都有不安，敢叫终极能源，就意味着，这是最终的能源解决方式。“有大佬就出来质疑，这个说法会不会太重？”孔德峰说。

但人们对它的高期望，也是有依据的。聚变能源的历史，据孔德峰介绍，可以从爱因斯坦的质能方程开始。E=mc²，意思是，质量可以转换为能量，而且是爆发式的能量。

核能历史的高能一页，便是1945年对日本的核打击。世界一起目睹，质能方程中的“爆发式的能力”是多么恐怖。

1952年，基于核聚变反应的氢弹试验成功，这种毁天灭地的威力深深地震撼了当时的人类。

1952年11月1日，美国第一颗氢弹爆炸成功/图源：视觉中国

氢弹是不可控的核聚变，带着令人忧惧的力量。科学家们开始关注，有没有一种“可控核聚变”的办法——它让能量通过聚变反应慢慢地、可控地释放。唯如此，这股强大的力量，才能为人所用。

一开始，研究人员充满信心，他们认为20年左右即可实现可控核聚变。往后，“时间表”一拖再拖。

如今70多年过去，不同核聚变团队的时间表依然长短不一，以至于行业戏说，可控核聚变永远还需要50年。

难在哪里？孔德峰介绍道，可控核聚变有很多技术路线，但无一例外，必须关注3个核心因素，等离子体的温度要高、密度要大、能量约束时间要长，这三个数值乘在一起，数量级至少达到1021——这是一个常人难以想象的天文数字，但只是可控核聚变实现“点火”的及格线。

“点火”可以理解为，聚变释放的能量大于等于外部输入能量。让我们引入一个简单的数学计算，当释放能量与输入能量的比值Q远远大于1的时候，才能够实现发电、为人所用。业内普遍认为，要实现聚变的商业化发电，比值Q至少应该大于等于10。

为可控核聚变划出“及格线”的人叫约翰·劳森，英国的物理学家，他提出的这套密度、温度、约束时间“三乘积”被称为“劳森判据”，是可控核聚变历史上一个里程碑式的理论，它几乎成了衡量聚变装置水平的核心依据。

可控核聚变三乘积历史趋势图

劳森在上世纪50年代提出这条“判据”。他判断了当时全世界的装置，“三乘积”数量级基本在1010水平，也就是说，当时的装置能力距离目标还有100亿倍的差距。但戏剧性的是，定下了聚变能源“金标准”的劳森认为，此事决难达成，转投其他方向了。

“劳森放弃了，但各个国家的科学家们没有放弃，一直在做。60年代，苏联出现了突破。”孔德峰介绍，当时苏联研究的T-3装置，一下子把温度提高到了1000多万度，由此出现了“第一次技术收敛”。30年后，欧洲、美国的装置Q值已达到0.75。最新情况是，日本做到过Q=1.25。

“我们也有自己的摩尔定律：每隔几年，三乘积就翻10倍。”孔德峰说。

03

托卡马克，未来的门票？

聚变的演进史，托卡马克是故事的主角。

这个来自俄语的词，直译的意思是“带有磁线圈的环形腔室”，它至今仍是最重要的、科学风险最低的聚变技术。上世纪60年代开始，聚变能源发展迎来第一波高峰，标志是托卡马克成为主流路线。

到了90年代，出现了四大著名的托卡马克装置，分布在美国、欧洲、日本和苏联，距离实现Q值大于1，也即点火条件，“到了临门一脚的时候”。

于是，各个国家开始坐下来，共克难关。2006年，中国和欧美等共7方在巴黎签署协议，正式开启了国际热核聚变实验堆（ITER）的建设。

2026年3月31日，建设中的国际热核聚变实验堆ITER 

那两年，孔德峰还是一名学等离子体物理的本科生，2007年开始在中国科学技术大学硕博连读，他正式进入核聚变领域，偶然地踏入了未来风口。

历史总是令人意外地发展。ITER的发展百般不顺，预算超支，工程不断延后，“拖得大家受不了”。

商业资本入局，推动了第二波发展高峰。标志性的事件是，美国核聚变商业公司CFS，2021年实现了第一批高温超导线圈的绕制，并测试成功。而后，比尔·盖茨领投CFS，一下子投了18亿美元。

“这一下子点燃了全球资本市场对可控核聚变的热情。”孔德峰说。

同一时间，中国正式启动了BEST（紧凑型燃烧等离子体实验装置）项目的研制；“前一代装置”EAST实现了可重复的1.2亿度101秒等离子体运行和1.6亿度20秒等离子体运行，而后，放电时间继续突破百秒、千秒，去年1月，这个数字来到1066秒。

位于中国科学院合肥物质科学研究院的“人造太阳”全超导托卡马克大科学装置EAST

行业内的这些范式变化和技术的突破发展，都是第二波高峰的推动因素。

当下的竞赛场，种子选手当属中国和美国。2025年，全球私营核聚变融资已达130亿欧元，美国以53%占榜首，中国以34%位居第二。

绝大部分目光和经费，都在托卡马克上，但托卡马克以外的路线，也一样在同步发展。

如果托卡马克是问题的“最优解”，为什么大家还在各行其是地发展呢？

孔德峰解释了其中的门道。“你要相信，科研人员对技术路线的判断，有些人会有一种类似于信仰的坚持。”他介绍说，当对一个东西研究深入后，科研人员对托卡马克、仿星器、场返位形……各自的优缺点，一清二楚。

孔德峰总结，多技术路线的发展，至少带来3个明显的好处。

首先，谁先实现聚变商业化仍未确定，稳妥起见，当然要押注所用“选手”；其次，竞争对手往往最知道你的缺点，“反对意见，可以提供你自己看不到的、或者另一个分析视角的缺点”；第三，事实上，多路线会提供很多原始的、原创性的新想法，甚至帮助解决了托卡马克的问题——现实例子不少，这对保护整个体系的健康发展，起到重要作用。

孔德峰很清楚不同选择意味着什么，代价是什么。

“托卡马克很强，就是太贵了，成本压不住。”孔德峰解释，ITER为什么拖延？就是系统越来越复杂，体积越造越大，磁场越来越强，装置越造越贵。而系统工程之复杂，按下这头，漂起那头，问题无尽。

位于法国圣保罗-莱迪朗斯的国际热核聚变实验反应堆（ITER）预组装大厅内拍摄的接受检查的超大型设备/新华社记者 高静 摄

从材料上，托卡马克又分低温超导、高温超导。低温超导比较成熟了，成本相对低，但是磁场不能往上提了。高温超导能实现更强磁场，是将来“降本增效”的希望，但是现阶段，孔德峰认为材料还不太成熟。

燃料路线上，“氢硼”或“氘氦3”也被押注了希望，它更加安全，“但是聚变的温度实在太高，要十亿度甚至几十亿度才能达到高效的聚变反应”。

核聚变过程

装置层面上，场反位形，相比托卡马克便宜得多，“几十个亿，甚至十几个亿，就能造一套装置出来”。但是对应的，它的等离子体密度会很高，约束时间比托卡马克要短很多，技术风险也大很多。

没有“性价比之选”，每一条路，都会辛苦。不过孔德峰相信，核聚变领域“一两个装置可能会失败，但是聚变本身一定会成功”。

幸运不会眷顾所有人，巨大的资金和人力投入，都可能落空，但是，也有一种可能是，坚持的人能拿到通向未来的那张“门票”。

04

想象“能源自由”

孔德峰也想拿到“门票”，无论是实现一名科研人员的事业目标，还是达成他那颇具浪漫色彩的“重新给能源打造一个人设”的愿望。

博士毕业后，孔德峰先在中国科学院等离子体物理研究所扎根9年，后于2022年，进入合肥综合性国家科学中心能源研究院。

“公开可查的战绩”有，他负责研制了全球首套面向中大型托卡马克的紧凑环芯部加料系统（CTI），首次在东方超环EAST装置上开展芯部加料实验并获得成功。

EAST上紧凑环加料系统安装工程图

今年，孔德峰的事业迎来新阶段。他现在的身份，是合肥工业大学聚变科学与工程学院执行院长，还是一家聚变技术公司的创始人。他选择的路线，是场反位形，而非主流的托卡马克。

去年夏天，在与央美的专家们交流时，孔德峰被建议说，“跟普通人讲核聚变时，什么托卡马克，什么三乘积，什么点火，是很难讲清楚的。如果直接说，实现核聚变，能源价格就可以降低，电费几乎不要钱，空调可以不用关，就好理解得多”，他很受用。

但“能源自由”的想象，显然并不局限于此。

现有的尺度下，聚变三乘积即将抵达“劳森判据”，达到1021量级。那么随着迭代，“三乘积”再往上提高一点，能量增益也将会快速放大，这是科学参数上的数量级跨越。另外，随着材料、构件的更新，装置尺寸和成本也有望迎来数量级的下降。

换言之，聚变能源这个阀门，一旦真正开启，它带来的将是人们过去难以想象的巨大能量。

今天的航天器，由巨大的火箭及成吨的燃料“腾云驾雾”地送入太空，而在聚变能的时代，一个小型能源，就像一个“小太阳”，不仅维持飞船的能量运转，还直接产生动力。而那时的太空遨游，才可能成为真正的平民消费。

2026年3月，英国航天推进公司实现“Sunbird”核聚变火箭“首次等离子体”测试

实际上，连孔德峰自己也很难想象，聚变能源商业化的时代到底什么样子。“那个时代的人看我们，就像我们看1000多年前的人。”孔德峰说。

在他现在的想象中，“能源自由”，这个人类从未拥有的情形一旦实现，首先是物质的极大丰富。因为我们的制造业成本，除了人工之外，本质上都是能源成本。“能源自由”了，不管做什么，价格都会很低。

我们能做很多在今天看来匪夷所思的事。孔德峰说，比如，我们可以合成粮食，无论大米或者其他蔬果，在营养各方面没有任何问题；再比如，海水淡化，一扫水资源的缺乏……

一切变化的本质，是核能时代的能量转化效率大幅提高。那时，关于能源的“黑黑的”景象，会是长长岁月里的一个短暂误会，成为历史，被忘记。

本文首发于《南风窗》杂志第11期

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值班主编 | 吴擎

排版 | 阿车