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“人造太阳”离我们还远吗？

2022-12-14 19:36:04 来源：北京商报

核聚变领域取得“里程碑式突破”。当地时间12月13日，美国能源部宣布，其下属的劳伦斯利弗莫尔国家实验室科研人员首次成功在核聚变反应中实现了“净能量增益”，称这一重大科学突破将为国防及清洁能源未来发展奠定基础。

有专家表示，虽然核聚变技术距离走出实验室、实现商用还存在一定距离，但是对于帮助人类实现零碳排放意义重大，同时，核聚变有望解决核电安全性问题，因此无论是美国还是中国，都在该领域大力投入研究。

(相关资料图)

零碳的终极能源

劳伦斯利弗莫尔国家实验室首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”，即聚变反应产生的能量大于促发该反应的镭射能量。据悉，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。

核聚变反应是宇宙中的普遍现象，它是恒星的能量来源。当氘、氚（氢的同位素）等较轻元素的原子核相遇时，会聚合成较重的原子核，并释放出巨大能量，这一过程就是核聚变。因为与太阳产生能量的原理相同，一直有零碳能源之称的核聚变反应被称为“人造太阳”。

“人类利用原子能的方式有核裂变和核聚变两种。核裂变是将较重的原子核分裂为较轻的原子核并释放出能量，这在世界各地已经实现广泛的商业化应用，我们目前的核电站都属于核裂变的形式。而核聚变则是将较轻的原子核聚合反应而生成较重的原子核，并释放出巨大能量。”厦门大学中国能源政策研究院助理教授吴微对北京商报记者表示。

由于实现可控的核聚变需要极为苛刻的条件，目前人类的技术还无法实现可控的核聚变。核聚变能也是全世界能源发展的前沿方向，被视为未来社会的“终极能源”，对于人类摆脱目前地球的能源与环境危机困扰意义重大。

耗资35亿美元的美国国家点火装置位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室，最初是为了通过模拟爆炸来测试核武器，后用于推进聚变能研究。据美能源部介绍，该实验室的“国家点燃实验设施”是全球最大、能量最高的激光系统，其使用超强激光束来产生与恒星和巨型行星核心以及核武器内部相当的温度和压力。

商用还很遥远

物理学家们从上世纪50年代就开始致力于证明聚变反应可以释放出比输入更多的能量。厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强对北京商报记者表示，核聚变反应中实现“净能量增益”是一项重大的技术突破，为核聚变发电在未来的商业化应用创造了条件。

美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆在一份声明中称，这一突破是一项“里程碑式的成就”。这项成果预计将可能帮助人类在实现零碳排放能源的进程中迈出关键一步。

美能源部表示，要实现将方便、可负担的惯性约束核聚变技术应用于为家庭和企业发电的目标，仍需要进行大量先进的科学和技术实验。美能源部正在重启一项惯性约束核聚变发展计划，将与私营部门协调合作，推动核聚变商业化的快速发展。

不过，实现“净能量增益”距离建立“核聚变发电站”可能还有数十年。林伯强表示，目前该技术还处于实验室阶段，距离走出实验室还具有很长一段时间的距离。

吴微认为，如果可控核聚变的技术在未来几十年能够实现技术突破，使可控核聚变实现商业化，那么将彻底改变人类的能源生产与供应方式。可控核聚变的燃料成本几乎可以忽略不计，同时也不像核裂变发电一样可能存在安全风险，因此可以部署在任何有需要的地方。

“当然，即使是未来可控核聚变能够实现商业化应用，但其成本要降低到与其他能源相比具有竞争性仍然有很长的路要走。”吴微说。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室主任金·布迪尔（Kim Budil）也表示，如果想将这一成果商业化，核聚变技术仍有“重大障碍”需要克服，可能还需要几十年的努力和投资。

技术和安全是制约

核聚变有望成为更安全的核电利用方式。吴微表示，可控核聚变在发电的过程不会产生核废料，即使出现严重的事故也不会造成核泄露，因此将能够解决核电发展的安全性问题。

“核聚变不会存在核反应堆融毁的情况，从本质上来说就很安全。简单来说，核裂变反应堆的功能是控制能量释放的速度，避免其失控；核聚变则相反，它需要创造聚变发生的条件，假如停止投入聚变燃料，或者没有合适的高温条件，聚变反应自己就停止了。”First Light Fusion的首席财务官David Byron解释道。

长期以来，安全问题和技术问题都限制着核电的发展。“公众对于核电的安全问题一直有所顾虑，尤其在日本、欧洲的一些核泄漏事故后，公众一直对核电安全存疑。”林伯强认为，事实上，核电的安全性和清洁性比风电光伏、火力发电更好，核聚变技术无论是对于世界还是对于中国，都是推动绿色发展至关重要的未来技术。

在“人造太阳”这一领域，中国也在不断突破，今年10月，中国人造太阳装置（HL-2M）等离子体电流突破100万安培，创造了中国可控核聚变装置运行新纪录，我国核聚变研发距离聚变点火也迈进了一步。我国第四代核聚变实验装置东方超环（EAST），实现加热功率超过10兆瓦，等离子体储能增加到300千焦，等离子体中心电子温度首次达到1亿度。

“总体来看，我国经过这么多年发展，聚变能科学可行性已经被证实，完成了80%以上的关键技术积累。可以在国家和社会的大力支持下，快速推动中国聚变工程实验堆建设与运行，有望未来30-50年实现聚变能实际应用。”中科院合肥研究院等离子体物理研究所副所长胡建生表示。

北京商报记者方彬楠袁泽睿

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