近来，核聚变技术取得多项重要突破，其未来发展和商业化前景引发世界各国高度关注。2023年3月，美国会政府问责局发布技术评估报告《核聚变能——潜在革命性技术仍面临重大挑战》，分析了核聚变能的潜在经济社会效益及其面临的理论、工程和治理挑战，并提出4种政策措施供决策者选择参考。

一

核聚变能潜在经济社会效益

两个原子聚合成一个质量更重的原子时所释放的能量被称作核聚变能。它不像化石能那样靠燃烧产生，不会产生碳排放。聚变原料，如氘，自然界储量相对丰富，且产能效率高，1吨聚变原料所产生的能量与700万吨石油相仿，可有效满足人类能源需求。相较核裂变，它不会产生高含量或低衰减辐射废物，也没有堆芯烧毁风险，因而安全无废。相较风能、太阳能等可再生能源，它的生产受自然条件影响小，增加了其可获得性。所以说，核聚变能是潜在的理想能源，一旦实现商用，可带来巨大的经济社会效益。

二

核聚变能商用面临的挑战

核聚变可通过磁约束和惯性约束产生，但无论是哪种技术路线，发生核聚变都需要苛刻的非自然条件，因而目前核聚变能还只停留在理论和实验研究阶段，其大规模商用面临着巨大的理论、工程和治理挑战。

1. 理论上，人们还未充分了解等离子体燃烧特性

对于等离子体的一些特性人们还知之甚少，因而很难优化等离子体约束并可靠驾驭聚变能生产。如对于燃烧等离子体运动紊流，人们现有知识尚不能对其充分预测。尽管过去10年来，高性能计算机提高了模拟准确性，科学家们可借以调整等离子体约束补偿紊流影响，但这些模型缺乏实验数据，无法充分证实其性能，也就无法足够准确地预测紊流如何影响等离子体的行为和性能。

此外，对于等离子体自我加热或“燃烧”时所呈现的特性人们至今还不甚了解。现在，对燃烧等离子体的研究大多源于模拟，而聚变能设施中的燃烧等离子体则可能有不同表现，如产生更多电磁不稳定，对系统部件造成突然过热荷载等冲击，从而引发设备失灵。科学家需要更多实验数据来深入研究燃烧等离子体特性，从而设计出聚变能发电系统。

2. 工程上，实现聚变能商用面临复杂系统工程挑战

第一，现有材料无法支持持续核聚变。核聚变发生时，离电子体温度高达1.5亿开尔文，约10倍于太阳温度。核聚变设施还要遭受氦离子和高能中子的轰击，从而降低其机械和热性能，甚至产生辐射。现有材料的强度无法满足商用条件，即同时抗热和抗击离子与中子冲击达数月而不用更换。由于缺乏耐久材料，现在实验室条件下的核聚变每次只能持续数分，甚至数秒。

第二，聚变副产品分离问题尚未解决。等离子体产生的副产品会降低聚变效能，但分离它们同时也会消耗促进聚变反应的热能。

第三，难以建设可轻松维护和替换等离子体的容纳系统。该系统既要将热能转化为电能，又要隔绝热和辐射，还要产生更多的氘；既要有遥控系统，又要设置不会降低系统性能的汽门等等，工程要求极高，难度极大。

第四，尚不能解决极热极冷工程问题。核聚变设施既要产生比太阳还热的等离子体，又要冷却超导磁体（磁约束工艺），目前实验室条件尚可，但大规模工程化运用还无法兼顾。

最后，使用氚燃料带来供应和安全关切。氚在自然界中存在极微，主要从核反应制得。全球氚储量到2027年可能达峰，即27kg，而发电量1GW的聚变电厂每年就要消耗56kg，所以氚燃料供应是个严重的工程考量。此外，氚还有放射性，聚变电厂需关注辐射安全和核武器扩散问题。

3. 治理上，公私错配、监管不清等影响聚变能发展

第一，公共和私营部门在研究重点、风险承担度、时效性上是错配的。公共部门突出基础研究，而私营部门更关注技术和工程研发。对于聚变能发电系统，私营部门勇于试错，而公共部门则认为支持高风险项目会分流对更具成果性研发的支持。为使投资者满意，私营企业必须尽快展现中期或里程碑成果，却往往发现与公共部门合作效率低下，比如与国家实验室协商研发合作协议有时竟耗时超过一年。

第二，监管不清会迟滞发展。美国核监管委员会尚未出台核聚变发电厂管理框架，将适用核裂变的法律法规移植其上会拉高核聚变发电成本，迟滞甚至扼杀核聚变发电厂的推进工作。对于核监管委员会来说，最大挑战是既要使核聚变监管确保人类安全，又不能让监管约束了技术发展。

第三，核聚变商用前景不明。核聚变也许具备成本优势，比如燃料可能会更便宜，但其基建、运营和维护成本目前还无法确定。即使可投入商用，核聚变能也还面临着碳捕集、可再生能源、储能、先进核裂变等新兴能源技术的竞争。聚变能需展现其全生命周期的成本竞争优势，才能加快发展。

第四，有限的供应商和人力资源影响核聚变发展。核聚变专业部件生产商往往只有几个甚至一个，这种供应链局限无法大规模部署核聚变发电系统。此外，美国核聚变人才不足，一方面现有聚变科学家、核工程师、电气工程师等数量不足，另一方面联邦政府10年前支持资金的消减，也导致现在大学聚变相关物理和工程毕业生供应不足。

最后，对聚变能的公众认知缺乏了解。核聚变能的健康发展离不开公众支持，但目前对聚变能公众认知的研究还很少，尤其是在美国。

三

政策措施选择建议

研发和部署核聚变能，需要提高其效益，克服挑战，为此报告向立法机构、政府部门、学术界、产业界等决策者提出4条政策措施建议供其选择。

1. 维持现状，静观其变

若决策者不看好聚变能前景，或是觉得其它能源技术更适合其能源发展目标，他们可以选择不采取新措施支持聚变技术发展，直到聚变能商用取得近期重大成果。这么做可使决策者冷静观察和评估当前聚变能政策的影响，从而降低决策风险，节约宝贵资金。需注意的是，材料研发和劳动力培养是长线操作，需多年投入方显效果。

2. 整合公私资源加快聚变能开发

为加快聚变能商用，决策者可整合旨在开发聚变能的计划、任务和机构，扩展“聚变能创新联盟”这样的公私合作计划，使资助机制对接受者更加可预知、对资助者更加追责，运用标准化研发合作协议等手段减少公私合作障碍，充分利用国际合作资源来分享知识、培养人才。

具体操作上，决策者应增强聚变能材料、技术和工程需要的研发，推进聚变能示范和商业化；综合各领域优势，扩大实施已被较好理解且具较好效果的聚变能开发计划。

需注意的是，整合公私资源有时会时间密集，消耗额外资源，甚至立法。此外，有些研发成果是有产权专属的，会阻碍机构间和国家间分享知识和合作。

3. 为聚变能开发提供共享资产

决策者应为聚变能研发生态提供研发设施、多学科教育、专业培训等共享资产，评估关键供应链和生产链，补其短板。需注意的是，核聚变测试设施建设需要投入巨资、耗费数年才能建成使用，人才培养也需耗费大量时间和资源；此外，支持研发生态资产要有技术包容性，不能过早人为挑选赢家，“出局技术”也许长期看却是更佳技术。

4. 使公众参与决策

核聚变能的健康发展离不开公众支持，决策者要通过调查、小组访谈、听证会等形式了解公众对发展聚变能利益和风险的认识，组织跨领域论坛来引导、教育公众，在发电厂选址、设计、建造、运营时要听取可能受影响社区公众的意见。需注意的是，邀请公众参与应积极、透明、预期现实（意在了解，而不是说服），公众的广泛参与和充分代表有时难以做到。

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作者丨贾伟

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