全球多国竞相投入来解锁核聚变,核聚变技术商业化快要实现了吗? 全球各国政府数十年来一直在竞相探寻核聚变能源的奥秘,旨在开发出丰富且清洁的能源。尽管近年来已取得了若干技术突破,但实现商业规模的生产仍极其复杂。然而,随着最近取得的更多成功,我们是否正在逐渐接近实现这一目标并生产出大量清洁能源呢? 核聚变是太阳和恒星的动力来源。当两个原子核(通常由氢构成)结合成一个更重的原子核时,就会发生核聚变,这一过程会释放出大量的能量。实现这一过程的难点在于,科学家必须在地球上重现导致恒星发生核聚变的极端高温和高压环境。 相比之下,目前用于发电的核裂变过程是这样的:铀或钚原子的中心部分(即原子核)会分裂成两个较小的原子核。原子核的分裂会释放出大量的能量,并产生更多的中子,这些中子可以继续引发更多的原子分裂,从而形成链式反应。这种链式反应使得核反应堆能够稳定地产生能量供应。 核聚变能源极具吸引力,因为它能够在电力需求急剧增长之时提供大量清洁能源。在一座发电厂中,仅一克核聚变燃料就能提供 90,000 千瓦时的能源,而使用约 11 吨煤炭所能产生的能量则要少得多。核聚变发电站还被认为非常安全,因为它们不存在与裂变发电站相同的风险,比如反应、熔毁或高放射性、长寿命的放射性废物等。这意味着核聚变设施获得许可的可能性可能比核裂变设施更高。 近年来,核聚变能源的开发技术主要由私营部门推动。在美国,弗吉尼亚州设立了一个项目,旨在开发世界上首个大规模商用核聚变发电站,预计在 21 世纪 30 年代初就能向电网供应清洁的核聚变电力。美国核聚变办公室致力于将这一梦想变为现实。 在其他地方,中国每年都在投入数十亿美元来提升其核聚变技术能力。今年 1 月,中国的研究人员利用“人造太阳”核聚变反应堆——东方超环(EAST),成功突破了核聚变等离子体长期以来存在的密度限制。 该实验证实,只要对等反应器壁的相互作用进行严格控制,等离子体即使在极高密度的情况下也能保持稳定。这一发现消除了阻碍核聚变点火进程的一大障碍,并可能有助于未来的核聚变反应堆产生更多能量。 该项目的联合负责人、华中科技大学的朱平表示:“这些发现为扩大托卡马克装置和下一代燃烧等离子体核聚变设备的密度限制提供了切实可行且可推广的途径。”这就是此次突破的成果。 研究人员还将等离子体维持时间延长到了法国WEST反应堆和韩国“KSTAR”反应堆之前设定的极限之外。这些成果促使了“国际热核聚变实验堆”(ITER)的建设,该反应堆位于法国南部,重达 23000 吨。超过 30 个国家正在支持ITER的开发工作,期望它能够在核聚变过程中产生的能量超过其消耗的能量。该反应堆将配备世界上最强的磁体——中心螺线管。 与此同时,据世界经济论坛称,德国正在制定一项资助计划,作为其针对初创企业的“h核聚变行动计划”的一部分,该计划还得到了全球多个地区(包括英国和日本)的支持,并且德国还制定了监管框架以给开发者提供明确的保障。德国研究、技术与太空部部长多罗特·巴尔解释道:“通过这一融合行动计划,我们正在为德国打造世界上首个核聚变发电站铺平道路。” 此外,在加拿大,政府近期宣布将在安大略省建立一个新的核聚变能源中心,该中心的建设资金将由联邦政府提供 3300 万美元、加拿大原子能公司(一家国有公司)提供 1950 万美元、安大略省政府提供 1950 万美元以及核聚变初创企业Stellarex集团有限公司提供 3900 万美元。政府的目标是开发一个示范反应堆,不过尚未给出具体的时间表。 加拿大教育、大学、研究卓越与安全事务部长诺兰·奎因表示:“安大略省享誉全球的科研人员正在推动能源行业进入清洁能源的新时代。”奎因还补充道:“通过此次投资,我们的政府正利用本省作为核能重镇的地位,推动核聚变能源的发现,这将促进本省产业的发展、培养能源领域的专业人才并保护安大略省的安全。” 世界各国政府都在投入大量资金用于核聚变的研究与开发,期望能取得重大突破,从而生产出大量清洁的能源。随着未来几年全球电力需求的大幅增长,尤其是由于诸如人工智能等复杂技术的广泛应用,核聚变技术的突破将有助于显著降低世界对化石燃料的依赖,并助力全球向绿色转型迈进。
