扔掉百億磁體，把核聚變裝進車庫：被遺忘半世紀的路線重獲新生！

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曾經，它被視為上帝給人類開的小灶，是最簡單的核聚變方案。然而，因為一個致命缺陷，它被科學界冷落了半個多世紀。如今，一項關鍵技術的突破，讓這條最經濟的路線居然快要走通了。

01 極簡的開局：一個被遺忘的“大明星”

取一根玻璃管，往里面充入氫氣，然后給它通上高壓電。

恭喜你，從原理上講，你已經觸碰到了最便宜的可控核聚變門檻。

這不是天方夜譚。把時間撥回 20 世紀 50 年代，這個聽起來無比簡單的裝置，恰恰是那時核聚變研究中的絕對大明星。它的學名叫 Z-pinch（Z向箍縮），也就是“電流自約束聚變”。

當時的人們一度樂觀地認為，這簡直就是上帝給人類開的物理小灶。因為它不需要外部復雜的磁場線圈，它是一種自己管自己的物理現象，實現起來太簡單了。

我們都知道初中物理知識：電流通過導體時，周圍會產生磁場。

如果你把電流開到足夠大，它就會將玻璃管中間的氣體瞬間電離，變成等離子體。更有趣的地方來了：根據電磁感應規律，這個強大的電流自己產生的磁場，是一圈一圈橫著套在等離子體柱上的。

這就像是給這根氣柱套上了無數根強力橡皮筋。它們向中心瘋狂擠壓，把原本松散的等離子體死死地往中間勒。

這種力量有多大？早在 1905 年，澳洲就發生過一個物理奇觀：一根被雷劈過的空心避雷針，竟然被電流自己產生的瞬間磁場壓扁了。這就是最原始的、大自然的電流自約束。

科學家們自然想到利用這種力量，把等離子體壓得極細、極熱，模擬出類似太陽內部的高溫高壓環境，于是，原子核便撞在一起發生聚變了。

這，就是 1950 年代最有希望的可控核聚變路線。

02 致命缺陷：按不住的“熱湯”

然而，美好的愿景很快破滅。Z-pinch 有一個致命缺陷——太不穩定。

高溫等離子體這東西，特別像一鍋正在劇烈翻滾的熱湯，極其不安分。你用電流磁場從外面一勒，它確實會被瞬間壓緊，但幾乎在同一時間，它就會開始劇烈地亂動。

這種亂動主要有兩種表現形式，并在百萬分之一秒內終結整個過程，讓聚變根本來不及發生：

• “香腸不穩定性”：如果等離子體柱某個地方稍微細了一點，那里的電流密度和磁場就會變強，導致那里被壓得更細，最終像一根香腸一樣被攔腰掐斷。
• “曲翹不穩定性”：如果柱子哪里稍微彎曲了一點，彎曲內側的磁場會比外側強，把彎曲處推得更遠，導致整根等離子體細絲像發瘋的蛇一樣甩動并崩解。

于是，Z-pinch 被貼上了一個標簽：結構簡單，但物理上行不通。科學界紛紛掉頭，轉向了更龐大、更昂貴的路線，比如用巨大的外部超導磁體來“籠子”關住等離子體的托卡馬克裝置。

這一放，就是半個多世紀。

03 絕地反擊：“剪切流”的智慧

直到近年，一家名為 Zap Energy 的公司重新將這個落灰的方案撿了起來。

他們敏銳地意識到，以前人們失敗，是因為等離子體是在近似靜止的狀態下被捏住的，所以才容易“亂動”。但如果你讓等離子體“跑起來”，情況就完全不同了。

這就是他們的核心絕招——“剪切流穩定技術”（Shear Flow Stabilization）。

簡單來說，Zap Energy 不是讓整根等離子體柱以同樣的速度移動，而是通過精心設計的注入方式和電流波形，讓等離子體在半徑方向上形成不同速度的流動：靠外的一層，流得更快；靠內的一層，流得更慢。

這樣一來，一旦中間那根等離子體細絲想要鼓包或者擰彎，外層高速流動的等離子體就會像一把無形的、快速移動的剪刀，把這種變形直接“剪回去/抹平”。

打個比方，這就像是在高速公路上，時速 90 公里的車流很難隨意插入到旁邊時速 120 公里的密集車流中一樣。速度差形成了天然的屏障。

這項技術的效果是驚人的。在 Zap Energy 的實驗中，等離子體的穩定時間被延長了數千倍，終于撐到了足夠發生聚變的那一刻。

04 走出實驗室：向商業化沖刺

有了“剪切流”這個殺手锏，電流自約束聚變這條路，眼看就要走通了。

Zap Energy 的進展引起了投資界和科學界的巨大關注。據新聞報道，該公司在 C 輪融資中籌集了 1.6 億美元，由 Lowercarbon Capital 領投，這充分顯示了市場對其技術路線的信心。不同于需要占地數公頃、耗資數百億美元的托卡馬克，Zap 的方案優勢極為明顯——沒有昂貴的超導磁體，沒有極其復雜的低溫系統。

他們的核心設備，比如目前正在運行的第四代原型機“FuZE-Q”，看起來就是一個幾米高的金屬反應柱，加上一套能瞬間打出幾十萬安培電流的電源系統。其緊湊的體積，未來完全有可能小到裝進一個普通的車庫里，實現分布式的清潔能源供應。

在技術指標上，Zap Energy 也捷報頻傳。他們已經能穩定地產生中子，這是氘氚聚變反應發生的鐵證。實驗數據顯示，其等離子體電子溫度已達到 1-3 keV（相當于 1100 萬到 3500 萬攝氏度），并且在保持穩定的前提下，等離子體密度和約束時間都在穩步提升。

目前，他們距離核聚變領域的圣杯——Q=1（即科學盈虧平衡點，輸入多少電，輸出多少聚變能）已近在咫尺。據團隊估算，只需在現有基礎上再提升不到三成的電流強度，就有望跨過這道門檻。下一步，他們計劃建造一個能夠展示凈能量增益的集成系統，為未來的商業示范電廠鋪平道路。

結語

所以你看，人類追求可控核聚變的道路上，又多了一條充滿希望的小徑：

• 托卡馬克，是用極其龐大、復雜的硬件，去強制換取穩定；
• 激光慣性約束，是用極端猛烈的條件，去換取瞬時的成功；
• 而 Z-pinch 電流自約束，則是用聰明的物理理解，去換取結構上的極簡。

這三種方案，現在你更看好誰？

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