據美國趣味科學網站近日報道，美國科學家通過核聚變產生了大量能量，離“聚變點火”這一理想目標更進了一步。聚變點火意味著，創(chuàng)造的能量比消耗的能量更多，為開發(fā)核聚變這種新清潔能源帶來了希望。

中美日印等國正攜手在法國南部開展“國際熱核聚變實驗反應堆”(ITER)項目，計劃于2025年開始運行。除政府大力投資外，全球還有多家大型科技企業(yè)正致力于促進核聚變發(fā)電商用。但要想實現這一目標，還有很多問題需要解決。

“人造太陽”備受關注

核聚變與目前核電站使用的裂變技術不同。在裂變過程中，重原子核的各條鍵會被打斷，釋放出能量，但這一過程如果不能被控制，就會造成嚴重核事故。

據《日本經濟新聞》網站8月20日報道，在聚變過程中，兩個輕原子核會“結合”到一起，創(chuàng)造出一個重原子核。核聚變需利用原子核內有中子的氘(重氫)和氚(超重氫)，達到高溫時，原子分解成帶正電的原子核和負電子，形成高速流動的“等離子體”狀態(tài)。在磁場下密閉時，這些物質會激烈碰撞融合，產生的巨大能量可以作為熱能有效用于發(fā)電等。理論上，1克燃料產生的能量相當于8噸石油。

在包括太陽在內的恒星內部，進行的也是同樣的過程，因此在地上重現核聚變反應也叫作“地上的太陽”。

核聚變擁有多個優(yōu)勢。首先，核聚變在燃料不足或等離子體不穩(wěn)定時會停止反應，所以其比核裂變更容易控制;其次，雖然核聚變也會產生放射性廢棄物，但它產生的廢物很少，也不會排放溫室氣體;再次，核聚變所需的直接燃料(氘和氚)極易獲取——兩者都可以采用電解水的方式獲取，成本優(yōu)勢顯著。有鑒于此，一些科學家認為核聚變是一種潛在的未來能源。

科技企業(yè)競相發(fā)力

核聚變具有這么多優(yōu)勢，吸引了政府和科技企業(yè)紛紛投入研究。

比如，中美日印等國正在法國南部卡達拉舍開展ITER項目，目標是2025年開始運行，總建設費用將達到約250億美元。

據美國彭博社7月17日消息， 去年12月，美國聯(lián)邦政府通過一項法案，撥付47億美元用于核聚變和相關研究，其中包括向ITER支付15億美元。美國國家科學院今年2月發(fā)布了一份報告，建議“能源部和私營部門應在2035—2040年間，在美國建造一個核聚變試驗工廠”。

科技企業(yè)也競相發(fā)力。美國微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨援助的初創(chuàng)企業(yè)和美國谷歌正涉足的核聚變發(fā)電研究，目標是將其作為脫碳電源實現商用化。麻省理工學院(MIT)正在與下屬的聯(lián)邦融合系統(tǒng)公司開展一個項目，目標是在2025年試制出核聚變反應堆，最終目標是開發(fā)一座200兆瓦的發(fā)電站。

咨詢機構Crunchbase的數據顯示，目前，杰夫·貝佐斯、Cenovus能源公司等個人和機構已累計對通用聚變(General Fusion)公司投入了約1.27億美元，該公司預計2025年前在英國建造一款測試設備，商業(yè)工廠預計在十年內建成。

與此同時，其他類似于通用聚變的多家核聚變初創(chuàng)公司也已獲得來自政府和大型公司的數十億美元資助，僅以總部位于美國加州的TAE科技公司為例，成立23年來籌集了8.8億美元。

而位于日本茨城縣的國立量子科學技術研究開發(fā)機構，其實驗研究反應堆“JT-60SA”已完成主體建設，將于2021年建成并開始實驗，預計將在近期的測試中重現核聚變反應所需要的等離子體狀態(tài)。據悉，目前日本文部省每年度向ITER和“JT-60SA”撥款約2億美元。

此外，東京大學還將與英國初創(chuàng)企業(yè)托卡馬克能源公司進行聯(lián)合研究，年內將致力于實施將等離子體溫度提高到1億攝氏度的實驗。東京大學教授小野靖表示：“初創(chuàng)企業(yè)的優(yōu)勢是速戰(zhàn)速決，目前，整個項目正在有序推進。”

不少問題尚待解決

核聚變發(fā)電看起來很有前景，但達到實用水平所需要的費用和時間還無法預測。

比如在日本，由哪家民營企業(yè)來負責商用化尚未確定。此前，快重子增殖反應堆“文殊”一度被視為日本實現資源自給自足的希望而備受期待，投資超過1萬億日元，但最后商用化失敗。《日本經濟新聞》報道稱，如果核聚變發(fā)電項目不明確政企雙方的職責，就很可能重蹈覆轍。

此外，雖然輻射水平不高，但核聚變發(fā)電仍會產生放射性廢棄物。在日本國內，福島核電站事故發(fā)生后，慎重使用核能發(fā)電的輿論增強。要實現商用化，除了考慮成本和技術開發(fā)之外，還需要得到民眾的理解。

更重要的是，核聚變實施起來相當困難。這個過程會產生令人難以置信的高溫，需要大量能量輸入——迄今為止能量輸入一直超過輸出，這是阻撓核聚變成為可行能源的最大“攔路虎”之一。

美國趣味科學網站在報道中指出，美國國家點火實驗裝置(NIF)的科學家將包含200束激光的巨型激光陣列集中于一個微小的點，制造出了巨大的能量爆發(fā)，是他們過去制造的能量的8倍。雖然這種能量只持續(xù)了100億分之一秒，但它讓科學家離“聚變點火”更進了一步。

而NIF一位負責人杰雷米·奇滕登謹慎地表示：“將這一概念轉化為可再生的電力來源，可能是一個漫長的過程，尚需攻克多項重大技術難關。”(記者 劉霞)

關鍵詞： 人造太陽 核聚變發(fā)電商業(yè)化 核聚變 聚變點火