熙熙攘攘的上海以举世闻名的灯光秀来庆祝全国性的庆祝活动，用耀眼的色彩照亮摩天大楼，就像中国创新的灯塔。
正是在这里，科学家和工程师夜以继日地工作，以追求全球科技的下一个重大事件，从6G互联网和先进的人工智能到下一代机器人技术。也是在这里，在一条不起眼的市中心街道上，一家名为Energy Singularity的小型初创公司正在研究一项非凡的事情：核聚变能。
美国公司和行业专家担心，随着新的聚变公司在中国各地涌现，而北京的开支超过了华盛顿特区，美国正在失去几十年来在掌握这种近乎无限的清洁能源形式的竞赛中的领先优势。
核聚变是为太阳和其他恒星提供动力的过程，在地球上复制非常挑剔。许多国家已经实现了聚变反应，但要维持它们足够长的时间以在现实世界中使用仍然难以捉摸。
掌握聚变是一个诱人的前景，无论哪个国家首先驯服它，它都会带来财富和全球影响力。
这种能量的好处是它的绝对效率。受控聚变反应释放的能量是燃烧煤、石油或天然气的 400 万倍，是裂变（当今使用的核能）的四倍。在这个关键的十年里，它不会及时开发以应对气候变化，但它可能是未来变暖的解决方案。
据美国能源部聚变能源科学办公室（Office of Fusion Energy Sciences）负责人让·保罗·阿兰（Jean Paul Allain）称，中国政府正在向这项项目投入大量资金，估计每年向聚变投入10亿至15亿美元。相比之下，拜登政府每年花费约8亿美元。“对我来说，比数字更重要的是他们这样做的速度有多快。”
两国的私营企业都持乐观态度，表示尽管仍然存在巨大的技术挑战，但他们可以在2030年代中期之前获得聚变能。
美国是世界上最早采取未来主义策略的国家之一，自1950年代初以来就认真致力于聚变研究。中国在那个十年的晚些时候才开始涉足聚变。最近，中国的步伐加快了。根据日经新闻发布的行业数据，自2015年以来，中国的聚变专利激增，现在的专利量超过任何其他国家。
位于上海的初创公司Energy Singularity只是中国飞速发展的一个例子。
自成立以来的三年内，它建造了自己的托卡马克，比任何同类反应堆都快。托卡马克是一种高度复杂的圆柱形或甜甜圈形机器，它将氢气加热到极端温度，形成汤状等离子体，其中发生核聚变反应。
对于一家致力于世界上最难的物理谜题之一的新兴公司来说，Energy Singularity非常乐观。这是有理由的：它已经获得了超过1.12亿美元的私人投资，并且还实现了世界第一——它目前的托卡马克是唯一一个在等离子体实验中使用先进磁体的托卡马克。
这种磁铁被称为高温超导体，比旧托卡马克中使用的铜磁铁更坚固。根据麻省理工学院研究相同技术的科学家的说法，它们允许使用较小的托卡马克，这些托卡马克可以产生与较大的托卡马克一样多的聚变能，并且它们可以更好地限制等离子体。
该公司表示，该公司正计划制造第二代托卡马克，以证明其方法在2027年之前在商业上是可行的，并预计第三代设备可以在2035年之前向电网供电。
相比之下，美国的托卡马克正在老化，总部位于华盛顿特区的聚变工业协会首席执行官安德鲁·霍兰德（Andrew Holland）说。因此，美国依靠其在日本、欧洲和英国的盟友机器来推进其研究。
霍兰德指出，中国东部正在建设一个耗资5.7亿美元的新聚变研究园，名为CRAFT，有望于明年完工。
“我们没有这样的东西，”霍兰德说，普林斯顿等离子体物理实验室（Princeton Plasma Physics Laboratory）10年来一直在升级其托卡马克。在美国运行的另一台托卡马克 DIII-D 是一台有 30 年历史的机器。美国国家实验室没有现代化的聚变设施。
“他们是快速的追随者，然后通过主导供应链来发挥带头作用，”霍兰德以太阳能电池板技术为例说，“我们意识到了这一点，并希望确保这不是它前进的方式。”
核聚变是一个高度复杂的过程，涉及将两个通常会排斥的原子核压在一起。一种方法是将托卡马克的温度提高到1.5亿摄氏度，是太阳核心的10倍。当它们结合时，原子核会释放出大量的能量作为热量，然后这些能量可以用来转动涡轮机并发电。
几十年来，美国一直是聚变的领导者。它是第一个在现实世界中应用聚变能的国家——氢弹。
1950年代初，美国军方在太平洋测试了一系列核武器，这些武器在产生聚变反应的气体“助推”下，导致爆炸威力是广岛爆炸的700倍。
长期维持核聚变更具挑战性，当中国在托卡马克方面领先时，美国正在其他技术中找到优势：激光。
2022年底，加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们向一个装有胡椒大小的燃料胶囊的圆柱体发射了近200束激光，这是世界上第一个成功产生净聚变能增益的实验。这意味着该过程产生的功率比用于加热胶囊的功率要多（尽管他们没有计算为激光器供电所需的能量）。
实现核聚变的方法还有很多，而美国正在对各种技术进行对冲。这种方法并非不可能得到回报。
“我们不知道哪个概念会是最好的，”英国等离子体物理学家、行业监测机构Fusion Energy Insights的首席执行官梅兰妮·温德里奇（Melanie Windridge）说，聚变能最终可能有几种可行的方法。“然后从长远来看，这将归结为成本和其他因素。”
但她说，托卡马克是研究得最好的概念。“随着时间的推移，它投入了最多的研究，因此它在物理学方面是最先进的，”温德里奇说，“许多私营公司都在此基础上进行建设。”
随着中国投入的研究资金，托卡马克概念正在迅速发展。位于合肥的中国东方托卡马克将等离子体稳定在7000万摄氏度——比太阳核心的温度高5倍——超过17分钟，创下了世界纪录，客观上也取得了惊人的突破。
英国原子能管理局的米哈伊尔·马斯洛夫（Mikhail Maslov）将其描述为“重要的里程碑”，并说，运行长等离子体脉冲仍然是聚变能商业化的最大技术挑战之一。
虽然中国为核聚变投入了大量资金，但美国吸引了更多的私人投资。美国能源部的Allain表示，在全球范围内，私营部门在过去三到四年中在聚变上花费了70亿美元，其中约80%来自美国公司。
他说：“在美国，你拥有的是那种创业精神，能够真正跳出框框思考，创新并真正解决其中一些差距，不仅在科学方面，而且在技术方面。”
但是，如果中国继续每年投资超过10亿美元，那可能很快就会超过美国的支出，甚至在私营部门也是如此。如果这些投资得到回报，上海丰富多彩的庆祝活动不仅将受到融合的推动，还将为中国带来全新的光芒。
