視訊！美國宣布首次實現核聚變凈能量增益 “將太陽裝進瓶子”還有多遠？

12月13日，美國能源部宣布，由美國政府資助的加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL），首次成功在核聚變反應中實現“凈能量增益”（Net energy gain），被視為核能技術發展的重大突破，是人類向擁有“近無限、安全、清潔”的能源進程中的關鍵一步。

“這是一個醞釀了幾十年的公告，”美國能源部稱，這一突破將永遠改變清潔能源和美國國防的未來。

(資料圖片)

1951年3月，阿根廷總統胡安·庇隆宣布了巴塔哥尼亞北部衛姆島上一個秘密項目的結果。他說，該國科學家已經實現核聚變，將對太陽供能的反應進行開發利用，這預示著未來能源能夠“像牛奶一樣，裝在半升的瓶子里”出售。

雖然后來證明這整件事是一場耗費巨資、令人尷尬的騙局，但此后科學家一直在試圖復制為太陽提供動力的核聚變反應。

“凈能量增益”指的是聚變反應產生的能量大于促發該反應的鐳射能量，即“輸出”大于“成本”。自20世紀50年代以來，科學家一直在努力摘下清潔能源生產領域的“圣杯”，但從未有人成功接近，如今美國在核聚變反應中取得凈能量增益，無疑是一項“里程碑式的成就”。

據悉，該實驗室采用了一種名為慣性約束聚變（Inertial confinement fusion）的方法，也就是用世界上最大的激光撞擊一個微小的氫等離子體顆粒，進而產生能量。實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，產生的能量比投入的能量多50%以上。

(慣性約束聚變/圖源：《金融時報》）

核聚變的優點：原材料豐富、更環保、更安全

核聚變研究并不便宜，LLNL實驗室花費了10多年，耗資35億美元才達到如今這一成就，但科學家花這么多年時間尋找一種使聚變反應堆成為可應用能源的方法，是有好幾個原因的。

核能主要有裂變能和聚變能兩種形式。核裂變是指由重的原子核變化為輕的原子核，核電站發電就是用可控核裂變技術。不過，核電站弊端就是電站產生的熱能大約只有百分之三十可以轉化為電能，同時會有大量的熱量積載在電站當中，存在嚴重的安全隱患。歷史上發生過兩次非常嚴重的核災難，一是1986年蘇聯的切爾諾貝利核設施爆炸，再就是2011年日本福島核設施爆炸，迫使數千人撤離，使得這兩個國家大片的地區無法居住。

核聚變則是指由較輕的原子核變化為較重的原子核。據悉，可控核聚變可以用很少的能源釋放出巨大的能量，在自然界中，最容易實現聚變反應的是氫的同位素──氘和氚的聚變。

而氘和氚在海水中的儲量極為豐富，據估算，一升海水提取的氘能產生的聚變能源，相當于300公升汽油完全燃燒釋放的能量。如果能將海洋中的數量多達45萬億噸的氘元素，全部應用于核聚變的話，釋放的能量足夠人類使用幾百億年。

另外，氘和氚反應的生成物是氦氣，沒有放射性，對環境無害。同時，一旦造成反應的等離子體熄滅，聚變反應就會終止，因此聚變燃料的保存運輸、聚變電站的運行都比較安全。

目前，實現可控核聚變的最大難題是如何控制和約束核聚變反應；理論上，有三種物理方式可約束核聚變反應：重力場約束、磁力場約束和慣性約束。太陽上的核聚變就是靠太陽強大的萬有引力提供的重力場約束，這個方法在地球上無法實現，目前，磁力場約束聚變技術發展比慣性約束聚變更好，法國早在2007年建立使用磁力場約束聚變的設施。

(磁力場約束聚變)

核聚變的吸引力：全球核聚變民營企業數量達到33家，融資額巨大

核聚變轉化無限零碳能源的愿景吸引科學界幾十年來前仆后繼，近年亦逐漸成為私企的“吸金”招數，引領大批資金落入該領域。

根據聚變工業協會的數據，在截至6月底的12個月，核聚變公司籌集了28.3億美元（約合195.37億元），主要在美英兩國。僅2022年，全球核聚變民營企業數量達到33家，其中有6家公司的融資額超過了2億美元，總投資額達到近49億美元（約合341.9億元）。投資者包括微軟創辦人蓋茨、著名避險基金“老虎環球”和美國能源巨頭雪佛龍。

能源公司托卡馬克首席執行官克里斯·凱爾薩爾(Chris Kelsall)表示，他們押注自己能夠在未來10年提供商業上可行的核聚變能源，“這項技術在2048年到來是沒有意義的，因為太晚了。我們非常專注于在2030年代早期至中期提供技術示范，將凈電力輸入電網。”

凱爾薩爾補充稱，核聚變產業作為對抗氣候變化的潛在工具，在過去一年開始受投資者關注，人們的態度“明顯發生了轉變”。

距離實現核聚變的商業化、零碳能源的真正應用還有多遠？

發展核聚變技術、總部位于牛津的First Light Fusion的首席執行官霍克（Nick Hawker）表示，“無限清潔能源”的前景使核聚變的潛力具有不容忽視的吸引力，“從某種意義上說，核聚變是氣候變化的最終解決方案。”

倫敦帝國理工學院慣性聚變研究中心聯合主任杰里米·奇滕登（Jeremy Chittenden）表示，這次實驗產生的能量只夠燒開15-20壺水，科學家和專家們現在需要弄清楚如何在更大的范圍內從核聚變中產生更多的能量，以及降低核聚變的成本，以便將其用于商業用途。

“實驗展示了利用核聚變點火的過程，但要變成一個發電站，我們需要開發更簡單的方法達成這些條件，而且不只是效率，還要更便宜，成為民用的水平。”

此前，歐洲國家核聚變實驗室組織EUROfusion的項目經理托尼·多內估計，我們要等到本世紀60年代，核聚變才能產生可觀的電力。

如今，美國能源部部長格蘭霍姆(Jennifer Granholm)在12月13日晚的新聞發布會現場表示，核聚變的商業化，或許可能會在未來的“幾個”十年內實現，但大概率不是之前說的50-60年。

羅切斯特大學激光能量學實驗室的首席科學家里卡爾多·貝提（Riccardo Betti）也認為，建造一座核聚變工廠的時間“肯定是幾十年”，但他這種情況可能會改變，因為“總有突破的可能”。

九派新聞記者 梁霞

【來源：九派新聞】