视讯！美国宣布首次实现核聚变净能量增益 “将太阳装进瓶子”还有多远？

12月13日，美国能源部宣布，由美国政府资助的加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL），首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”（Net energy gain），被视为核能技术发展的重大突破，是人类向拥有“近无限、安全、清洁”的能源进程中的关键一步。

“这是一个酝酿了几十年的公告，”美国能源部称，这一突破将永远改变清洁能源和美国国防的未来。

(资料图片)

1951年3月，阿根廷总统胡安·庇隆宣布了巴塔哥尼亚北部卫姆岛上一个秘密项目的结果。他说，该国科学家已经实现核聚变，将对太阳供能的反应进行开发利用，这预示着未来能源能够“像牛奶一样，装在半升的瓶子里”出售。

虽然后来证明这整件事是一场耗费巨资、令人尴尬的骗局，但此后科学家一直在试图复制为太阳提供动力的核聚变反应。

“净能量增益”指的是聚变反应产生的能量大于促发该反应的镭射能量，即“输出”大于“成本”。自20世纪50年代以来，科学家一直在努力摘下清洁能源生产领域的“圣杯”，但从未有人成功接近，如今美国在核聚变反应中取得净能量增益，无疑是一项“里程碑式的成就”。

据悉，该实验室采用了一种名为惯性约束聚变（Inertial confinement fusion）的方法，也就是用世界上最大的激光撞击一个微小的氢等离子体颗粒，进而产生能量。实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，产生的能量比投入的能量多50%以上。

(惯性约束聚变/图源：《金融时报》）

核聚变的优点：原材料丰富、更环保、更安全

核聚变研究并不便宜，LLNL实验室花费了10多年，耗资35亿美元才达到如今这一成就，但科学家花这么多年时间寻找一种使聚变反应堆成为可应用能源的方法，是有好几个原因的。

核能主要有裂变能和聚变能两种形式。核裂变是指由重的原子核变化为轻的原子核，核电站发电就是用可控核裂变技术。不过，核电站弊端就是电站产生的热能大约只有百分之三十可以转化为电能，同时会有大量的热量积载在电站当中，存在严重的安全隐患。历史上发生过两次非常严重的核灾难，一是1986年苏联的切尔诺贝利核设施爆炸，再就是2011年日本福岛核设施爆炸，迫使数千人撤离，使得这两个国家大片的地区无法居住。

核聚变则是指由较轻的原子核变化为较重的原子核。据悉，可控核聚变可以用很少的能源释放出巨大的能量，在自然界中，最容易实现聚变反应的是氢的同位素──氘和氚的聚变。

而氘和氚在海水中的储量极为丰富，据估算，一升海水提取的氘能产生的聚变能源，相当于300公升汽油完全燃烧释放的能量。如果能将海洋中的数量多达45万亿吨的氘元素，全部应用于核聚变的话，释放的能量足够人类使用几百亿年。

另外，氘和氚反应的生成物是氦气，没有放射性，对环境无害。同时，一旦造成反应的等离子体熄灭，聚变反应就会终止，因此聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全。

目前，实现可控核聚变的最大难题是如何控制和约束核聚变反应；理论上，有三种物理方式可约束核聚变反应：重力场约束、磁力场约束和惯性约束。太阳上的核聚变就是靠太阳强大的万有引力提供的重力场约束，这个方法在地球上无法实现，目前，磁力场约束聚变技术发展比惯性约束聚变更好，法国早在2007年建立使用磁力场约束聚变的设施。

(磁力场约束聚变)

核聚变的吸引力：全球核聚变民营企业数量达到33家，融资额巨大

核聚变转化无限零碳能源的愿景吸引科学界几十年来前仆后继，近年亦逐渐成为私企的“吸金”招数，引领大批资金落入该领域。

根据聚变工业协会的数据，在截至6月底的12个月，核聚变公司筹集了28.3亿美元（约合195.37亿元），主要在美英两国。仅2022年，全球核聚变民营企业数量达到33家，其中有6家公司的融资额超过了2亿美元，总投资额达到近49亿美元（约合341.9亿元）。投资者包括微软创办人盖茨、著名避险基金“老虎环球”和美国能源巨头雪佛龙。

能源公司托卡马克首席执行官克里斯·凯尔萨尔(Chris Kelsall)表示，他们押注自己能够在未来10年提供商业上可行的核聚变能源，“这项技术在2048年到来是没有意义的，因为太晚了。我们非常专注于在2030年代早期至中期提供技术示范，将净电力输入电网。”

凯尔萨尔补充称，核聚变产业作为对抗气候变化的潜在工具，在过去一年开始受投资者关注，人们的态度“明显发生了转变”。

距离实现核聚变的商业化、零碳能源的真正应用还有多远？

发展核聚变技术、总部位于牛津的First Light Fusion的首席执行官霍克（Nick Hawker）表示，“无限清洁能源”的前景使核聚变的潜力具有不容忽视的吸引力，“从某种意义上说，核聚变是气候变化的最终解决方案。”

伦敦帝国理工学院惯性聚变研究中心联合主任杰里米·奇滕登（Jeremy Chittenden）表示，这次实验产生的能量只够烧开15-20壶水，科学家和专家们现在需要弄清楚如何在更大的范围内从核聚变中产生更多的能量，以及降低核聚变的成本，以便将其用于商业用途。

“实验展示了利用核聚变点火的过程，但要变成一个发电站，我们需要开发更简单的方法达成这些条件，而且不只是效率，还要更便宜，成为民用的水平。”

此前，欧洲国家核聚变实验室组织EUROfusion的项目经理托尼·多内估计，我们要等到本世纪60年代，核聚变才能产生可观的电力。

如今，美国能源部部长格兰霍姆(Jennifer Granholm)在12月13日晚的新闻发布会现场表示，核聚变的商业化，或许可能会在未来的“几个”十年内实现，但大概率不是之前说的50-60年。

罗切斯特大学激光能量学实验室的首席科学家里卡尔多·贝提（Riccardo Betti）也认为，建造一座核聚变工厂的时间“肯定是几十年”，但他这种情况可能会改变，因为“总有突破的可能”。

九派新闻记者 梁霞

【来源：九派新闻】