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文章围绕核能中的裂变与聚变展开探讨，指出当下核能重获投资者与媒体关注，多国计划提升核能装机容量，科技巨头也在探索其作为清洁能源的可能性。 

对比裂变和聚变，尽管聚变因清洁、安全、能量密度高等特点受赞誉，但面临诸多挑战，需实现科学、工程、商业能量平衡三个里程碑，当前在科学能量平衡方面虽有进展但仍存在效率等问题，工程能量平衡也未达成，商业能量平衡更是面临燃料稀缺、监管未完善、成本竞争力不足等诸多难题，不过仍有众多私营公司在追逐聚变机遇，尤其是联邦聚变系统公司较具前景。

综合来看，核聚变面临重重障碍，现阶段核裂变相对而言更有望满足全球不断增长的电力需求，不过也会持续关注聚变的后续发展情况。

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引言

核能正重新获得投资者和媒体的关注，因为有 20 多个国家已承诺到 2050 年将其核能装机容量增至三倍。人工智能数据中心的蓬勃发展促使谷歌、亚马逊、Meta、OpenAI 和微软等科技巨头去探索核能作为一种清洁能源的可能性。在与私营核聚变公司海利昂（Helion）签订电力购买协议（PPA）之后，微软最近又宣布了另一项为期 20 年的电力购买协议，旨在重启三里岛 1 号核裂变设施。

核能的两种基本形式为裂变和聚变，如下图所示。根据方舟投资管理公司（ARK）的研究，聚变仍面临重大挑战，这使得自 20 世纪 50 年代以来一直为美国电网供电的裂变成为更可行的替代方案。

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来源：方舟投资管理有限责任公司，2024 年

相较于裂变，聚变能一直因其清洁、安全以及更高的能量密度而备受赞誉，但如以下所示，在过去约 40 年里，它一直处于 “还需 30 年才能实现” 的状态。

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来源：方舟投资管理有限责任公司，2024 年，基于武田等人 2023 年的数据。预测本身具有局限性，不可依赖。仅供参考，不应被视为投资建议或买卖、持有任何特定证券的推荐。

根据方舟投资管理公司的研究，聚变在迎来黄金发展期之前必须实现三个里程碑：科学能量平衡、工程能量平衡以及商业能量平衡，如下图所示。

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来源：方舟投资管理有限责任公司，2024 年。仅供参考，不应被视为投资建议或买卖、持有任何特定证券的推荐。

科学与工程能量平衡

科学能量平衡 —— 也被称为 “Q>1”—— 是指输出功率与注入燃料以产生该输出功率的功率之比。2022 年 12 月，美国国家点火装置（NIF）实现了核聚变领域的首个科学能量平衡。它采用基于激光的惯性约束方法，实现了约 1.54 的 Q 值，后来该值提高到约 2.36。尽管他们确实达成了一项重大的科学里程碑，但聚变反应仅持续了几十亿分之一秒，并且损失了引发该反应所需能量的约 99%，如下所示。专家们一致认为，这种聚变方法不太可能达到商业可行性所需的效率。

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来源：方舟投资管理有限责任公司，2024 年，基于奥索林（Osolin）2024 年的数据。仅供参考，不应被视为投资建议或买卖、持有任何特定证券的推荐。

至少在理论上，一种可能具备商业可行性的方法是磁约束聚变（MCF）。然而，尽管经过了约 75 年的研究，它仍未实现科学能量平衡（Q>1），如下所示。目前的纪录是由欧洲联合环形加速器（JET）在 1997 年创下的约 0.67 的 Q 值。从预期来看，大型的国际热核聚变实验堆（ITER）项目的目标是到 2039 年实现 Q 值达到 10。话虽如此，虽然美国国家点火装置已经实现了科学能量平衡，但还没有任何项目达到工程能量平衡。

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* 不包括基于激光的惯性约束。注：纵轴上显示的 “三重积” 是一个单一指标，它通过考虑密度、约束时间和温度来衡量核聚变的进展。来源：方舟投资管理有限责任公司，2024 年，基于乌尔泽尔（Wurzel）和许（Hsu）2022 年的数据。

商业能量平衡

即便科学和工程方面的挑战都能得到解决，出于若干原因，实现商业能量平衡也将是极其困难的。

首先，一种关键的聚变燃料 —— 氚 —— 在自然界中几乎不存在，它主要是重水反应堆中核裂变的副产品。事实上，基于监管和技术因素，重水反应堆及相关的氚很可能在 2060 年之前逐步淘汰。虽然聚变反应堆在运行过程中也能产生氚，但它们启动时需要一定的供应量，而且不太可能产生足够维持自身运转的量。另一个监管方面的考虑因素是，美国核管理委员会（NRC）尚未最终确定核聚变反应堆的指导方针，而且目前的研究表明，从成本角度来看，聚变很可能无法与现有能源竞争。

尽管存在这些障碍，仍有约 45 家私营聚变公司在寻求这一机遇。其中，联邦聚变系统公司（CFS）是最具前景的。凭借其 SPARC 反应堆，该公司的目标是在 2027 年左右实现 Q>1，这比国际热核聚变实验堆项目提前了十多年。高温超导磁体可以使 SPARC 在体积为国际热核聚变实验堆四十分之一的情况下达到与其相当的性能。

在我们看来，目前工程能量平衡是需要重点关注的关键变量。虽然私营公司追求科学能量平衡的举动令人振奋，但裂变的发展历程表明，一座聚变工厂的商业化可能还需要大约 15 年的时间，如下所示。

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来源：方舟投资管理有限责任公司，2024 年。此方舟分析借鉴了一系列外部数据源，如有需要可提供相关信息。仅供参考，不应被视为投资建议或买卖、持有任何特定证券的推荐。

话虽如此，由于扩散风险更低，聚变有可能比裂变更快实现商业化，特别是考虑到更快速的研究突破以及更简化的监管规定。

结论

鉴于核聚变面临着相当大的科学、工程和商业方面的障碍，裂变似乎为全球日益增长的电力需求提供了一个更具前景的核能解决方案。自 20 世纪 50 年代以来，核裂变一直可靠地为美国电网供电，它很可能成为有助于推动全球经济在 2050 年实现净零排放的核技术。当然，与此同时，我们也会继续关注聚变朝着同一目标所取得的进展。 $NuScale Power(SMR)$ $Centrus Energy Corp.(LEU)$