科技日报记者 刘霞

俗话说“万物生长靠太阳”。在太阳内部,无时无刻不在发生着核聚变反应,为大自然提供最普遍的能量来源。核聚变反应有望为人类提供近乎无限的清洁能源,对于解决全球能源危机至关重要。

鉴于此,科学家们正在地球上建造核聚变装置——“人造太阳”,希望其能像太阳一样发生核聚变反应,从而源源不断地产生能量。随着技术的进步,核聚变也吸引 了越多越多私人投资。据美国《新闻周刊》网站最近报道,2022年核聚变领域的私人投资额激增,该行业短短一年的投资额就超过此前的投资总额。

   几乎无限的清洁能源

就目前人类的科技水平而言,核聚变可以被称为人类能源的“终极方案”。现在人类核电站反应堆采用的都是核裂变——较重的放射性元素(如铀和钚)原子核分裂 产生能量。核聚变则是将较轻元素(如氘、氚)的原子核融合生成较重元素(如氦)。当产生的原子质量小于参与反应的原子质量时,多余的质量就会转化为能量, 释放出大量光和热。太阳内部时时刻刻都在发生这样的反应,这也是太阳哺育天地万物的能量来源。

美国密歇根大学等离子体物理学家卡洛琳·库兰兹解释说,相比核裂变,核聚变释放出的能量更多。核聚变也不会产生二氧化碳等温室气体以及核废料等污染物,非 常清洁。而且反应所必需的燃料氘可以直接从海水中提取,氚则可以通过中子和锂反应产生。因此,“核聚变产生的基本上是无限的清洁能源”。

此外,核聚变反应堆也不会出现堆芯熔毁的危险。如果能够稳定长时间维持可控核聚变,并且保证输出的能量大于输入能量,人类就相当于给自己造了一个“人造太阳”,能源问题有望一劳永逸地解决。

   获私人资本青睐

“人造太阳”的光芒如此耀眼,它展现出的美妙前景如此诱人,私人资本已经开始买单了!

核聚变工业协会(FIA)最新发布的报告显示,2022年核聚变领域的私人投资额激增,该行业短短一年的投资额就超过此前的投资总额。这是FIA发布的第 二份全球核聚变产业报告。报告显示,对核聚变的私人投资总额为47亿美元,与去年第一份报告的数据相比,增加了28.3亿美元。

2021年12月,美国一家以商业核聚变为目标的美国联邦核聚变系统公司(CFS)宣布拿到18亿美元的融资,这一数字刷新了人类历史上核聚变私人投资额的纪录。CFS报道称,这次投资方包括比尔盖茨、索罗斯、谷歌母公司“字母表”等一众大佬。

另据美国《新闻周刊》网站7月19日报道,美国石油巨头雪佛龙日前宣布,该公司参与了对谷歌支持的核聚变初创公司TAE Technologies的投资,一轮金额达2.5亿美元。成立于1998年的TAE技术公司拥有“非放射性方法”,总共筹集到12亿美元,其目标是在 2030年代早期打造一个可供商业使用的核聚变反应堆。该公司的第五代聚变反应堆“诺曼”于2017年亮相,目前已被证明能够在超过7500万摄氏度的温 度下维持稳定的等离子体。


TAE技术公司的核聚变反应装置“诺曼”。“诺曼”于2017年建造完成,据称能够在超过7500万摄氏度的温度下维持稳定的等离子体。
图片来源:TAE技术公司网站

此外,数据显示,在过去5年左右的时间里,核聚变创业公司如雨后春笋般争相冒出,数量不断增长,且似乎没有下降趋势。

FIA首席执行官安德鲁·霍兰德在其发布的全球核聚变产业报告中称:“未来有一天,当人们为核聚变产业著书立传时,过去12个月将被视为一个转折点,核聚变将从此走出实验室,进入市场,绝大多数公司预测核聚变将在21世纪30年代某个时刻首次为电网供电。”

《新闻周刊》网站在报道中指出,目前绝大多数核聚变初创公司都在开发用于能源目的的核聚变反应堆,也有一些公司专注其他市场,如研发用于太空和海洋行业的推进系统等。

   任重而道远

理想很丰满,现实很骨感。对于人类来说,可控核聚变是最诱人的科学技术挑战之一,但迄今为止,还没有任何国家和团队实现了正输出——产生的能量比耗费的能量多。不过,科学家们在不断朝这一目标迈进。

今年1月,一个由超百名科学家组成的团队在最新一期《自然》杂志上发表了4项实验成果。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室国家点火装置在实现核聚变目标的路 上取得了里程碑式的突破,获得了所谓的“燃烧等离子体”,这意味着核聚变燃烧可以由反应本身产生的热量来维持,而不是靠输入的激光能量。研究人员称,试验 产生了高达0.17兆焦耳的能量,但仍小于启动核聚变过程所需的1.9兆焦耳的能量。他们下一步的目标是实现“点火”,即核聚变反应产生的能量大于其消耗 的能量。

尽管如此,研究论文合著者、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室核聚变项目首席科学家奥马尔·哈瑞肯表示,最新实验结果令人兴奋,但我们离实用的核聚变能源还有很长的路要走,也许需要几十年。


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