核聚变装置能有多小？MIT科学家尝试用桌面级设备生产燃料

核聚变装置能有多小？美国一家初创公司正在尝试把原本需要大型激光设施完成的聚变实验，缩小到桌面级设备上。

近日，来自麻省理工学院（MIT）的初创公司 Cambridge Heavy Industries（以下简称 CHI）正式披露了其技术路线，并宣布完成约 620 万美元种子轮融资，由 Azolla Ventures 领投，Overlay、Neta Foundation、P3A 等参与投资。

这家成立于 2025 年的公司，希望利用一种特殊的环形激光技术，在较小的设备中创造核聚变所需的极端条件。与许多直接瞄准聚变发电的企业不同，CHI 想先生产氚等稀有同位素，为其他核聚变企业提供燃料。

氚是当前主流核聚变研究中使用的重要燃料之一，但全球供应有限。不过，该公司目前仍处于技术研发和实验验证阶段，尚未公布商业化氚产量或稳定运行的数据。

从 MIT 实验室走出的桌面级核聚变技术

CHI 的故事，要从 MIT 一间研究材料的实验室说起。

过去二十多年，MIT 化学教授 Keith Nelson 的研究团队一直在探索一件事：如何利用激光，在极短时间内制造出极高压力，观察材料在这种环境下会发生什么变化。

这类研究最初与核聚变没有直接关系。研究人员更关心的是，当材料受到强烈冲击时，内部结构会如何变化，以及能否在实验室里重现那些通常只有在极端环境下才会出现的物理现象。

为了获得更高的压力，研究团队逐渐开发出一种特殊的激光技术。

通常，人们会想到用一束强激光直接照射材料。但 Nelson 团队采用了另一种方法：通过光学元件，将激光分成多个同心圆环，再让这些圆环按照精确设计的时间顺序，依次照射材料。

每一次激光照射，都会在材料内部产生冲击波。这些冲击波向中心传播，并在特定位置汇聚、叠加，就像多道水波相遇时会形成更高的波峰一样，从而在很小的区域内产生极高压力。研究团队将这项技术发展为 HAMSTER（High-pressure Additive Multi-Shocks by Temporally-delayed Excitation Rings），即通过延迟激发的多重环形脉冲，实现高压叠加冲击。

随着研究的推进，一个新的方向逐渐出现：既然这种方法能够在很小的区域内制造极高压力，是否也能用来压缩核聚变燃料？

2025 年，在 MIT 从事激光光学和高压物理研究的 Yun Kai，与 Nelson 及研究科学家 Steve Kooi 共同创办了 CHI，尝试将这项实验室技术转化为紧凑型核聚变设备。Yun Kai 担任公司首席执行官，Nelson 长期研究超快激光与物质相互作用，Kooi 则具有激光技术和极端条件材料研究背景。

要理解这家公司为什么认为核聚变装置可以变小，需要先了解核聚变究竟有多难。

核聚变是让较轻的原子核在极端条件下结合成较重的原子核，并释放能量的过程。太阳内部的能量就来自核聚变，但在地球上，要让原子核克服彼此之间的排斥力并发生反应，需要创造极端的温度和密度条件。

目前，核聚变研究主要有两条路线。一条是磁约束聚变，利用强磁场控制高温等离子体，托卡马克就是典型代表；另一条是惯性约束聚变，利用高能激光在极短时间内压缩燃料，使其达到发生聚变所需的条件。CHI 选择的是第二条路线。

这条路线已经有过重要突破。2022 年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置（NIF）首次实现聚变燃料释放的能量超过照射到靶丸上的激光能量。但 NIF 是一座规模庞大的科研设施，需要复杂的激光系统和实验设备，而且整个设施的运行耗能仍远高于聚变反应释放的能量。

CHI 希望改变的，正是激光聚变实验对大型设施的依赖。它的方案是先利用多个环形激光脉冲，让冲击波从不同位置向燃料中心汇聚，将燃料压缩到极高密度；随后，再利用超短脉冲激光等方式，迅速加热已经压缩的燃料，尝试触发聚变反应。

这涉及一种被称为快速点火（Fast Ignition）的技术思路。简单来说，就是把压缩燃料和点燃燃料分成两个步骤：先把燃料尽可能压紧，再集中输入能量使其发生聚变，而不是完全依靠同一套激光过程完成所有任务。

CHI 认为，将环形激光冲击压缩与快速点火结合，有望减少实验所需的激光能量，从而缩小设备规模。

根据公司官网披露的数据，其激光冲击压缩方案能够实现约 10 GPa/mJ 的压力与激光能量之比，并称这一指标相较 NIF 提高约 400 倍。不过，这衡量的是产生压力所需的激光能量，并不代表聚变能量增益提高了 400 倍。

在设备选择上，CHI 也希望尽量使用现成的技术。按照其设计，系统可以使用两台 YAG 皮秒激光器和一台钛宝石飞秒激光器。这些设备能够从现有工业和科研供应链采购，不必全部为聚变实验专门研制。

小型化还有一个实际好处，就是可以更频繁地开展实验。Yun Kai 曾介绍，团队希望利用模块化设备每天进行约 50 至 80 次激光打靶实验，再结合 AI 模拟，不断调整和优化设计。

2026 年上半年，CHI 进入美国 General Atomics 的 GALADRIEL 超短脉冲激光设施开展实验，继续验证相关技术。不过，现阶段公司尚未公开完整装置的聚变产额、重复运行能力和净能量增益等系统性数据。能否将实验室里的高压技术真正转化为稳定工作的聚变装置，仍有待进一步验证。

先尝试生产核聚变燃料

与不少核聚变公司不同，CHI 并没有把商业化的第一步放在向电网供电上，而是选择了一种与核聚变产业密切相关的产品：氚。

氚是氢的一种放射性同位素，原子核中有一个质子和两个中子。它与另一种氢同位素氘结合，可以发生氘—氚聚变反应，释放大量能量。由于这种反应相对更容易实现，目前许多核聚变装置都选择氘和氚作为燃料。

但问题在于，氚并不好找。氘可以从海水中提取，而氚在自然界中的存量极少，主要依赖特定类型的核反应堆及相关核工业活动获得。它还有一个特点：半衰期只有约 12.3 年，即使储存起来不用，也会随着时间推移不断衰变。

全球究竟有多少氚，不同来源的估算并不完全一致。CHI 官网给出的库存估算约为 25 至 30 公斤，其他公开资料则有约 40 公斤的估算。无论采用哪一种口径，相比未来聚变产业可能需要的燃料规模，现有供应都相当有限。

当然，未来的聚变电站并不一定需要长期依赖外部购买氚。许多企业正在研究利用聚变反应产生的中子与锂发生反应，在装置内部增殖氚，实现燃料循环。但相关技术仍需要工程验证，而且聚变装置启动时，通常还需要一定数量的外部氚作为初始燃料。

这也让氚成为一种价格昂贵的物质。根据公开市场估算，氚的参考价格约为每克 3 万美元，相当于每公斤约 3,000 万美元。不过，氚属于受到严格监管的放射性物质，并不是能够自由交易的普通商品，实际价格也受到供应条件、纯度和监管要求等因素影响。

CHI 希望进入的，正是这一市场。

按照公司的规划，它将利用小型激光聚变装置生产氚及其他稀有同位素，再供应给聚变企业和科研机构。这样一来，公司不必等到自己的设备能够向电网供电，就有机会将聚变技术转化为产品。

具体来说，CHI 的近期技术方向涉及氘—氘聚变。与使用氘和氚作为燃料不同，氘—氘聚变让两个氘原子核发生反应，其中一条反应路径就可以产生氚。

不过，能够通过聚变反应产生氚，与能够把氚作为商品稳定生产，仍是两回事。氘—氘聚变本身比氘—氚聚变更难实现较高反应产额，产生的氚还需要经过收集、分离和纯化，整个生产过程也必须满足相应的核安全和监管要求。

CHI 目前尚未公布商业化氚产量或生产成本，也没有披露明确的客户订单。

在此基础上，CHI 还保留了更长远的发电计划。Yun Kai 曾表示，希望未来大约十年能够开发用于发电的聚变系统，并提出了占地约两个篮球场的装置设想。与眼下的桌面级实验设备相比，这将是规模更大、工程要求也更复杂的系统。