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美国能源部周二宣布,其加州实验室的科学家们史上首次成功地使核聚变反应堆所生成的能量超过了所消耗的能量。这一历史性的突破带来了希望:有朝一日——或许几十年后——全球经济将可依赖为太阳和恒星提供动力的同一种核聚变反映所产生的无碳电力。“核聚变突破将会载入史册,”美国能源部长Jennifer Granholm在新闻发布会上表示。科学家们将192束激光汇聚在一个胡椒大小的燃料芯块上,来触发该反应。温度超过了300万摄氏度。“这是令人难以置信的工程奇迹,”Granholm说。
何为核聚变点火
对于一项失败了近半个世纪的技术而言,这是一个了不起的时刻。当前,全球10大经济体和数十个小国的领导人承诺向清洁能源转型。
但人类为实现净零排放目标面临重重困难,核聚变可能无法起到帮助,大部分专家认为至少还需要几十年的进一步研发。这意味着,就在全球面临严重能源供应短缺、温室气体继续攀升之际,此项历史性的突破很可能无法即刻帮助人类取代传统的化石燃料。核聚变点火是实现可控核聚变的关键步骤,是实现可控核聚变的前提和基础。核聚变指的是当原子合并在一起时,释放出巨大能量的过程,这个过程可以在碳排放几乎为零的情况下,源源不断地提供绿色能源。根据此前报道称,LLNL的实验实现了“净能量增益”,核聚变反应产生了大约2.5兆焦耳的能量,大约是激光所消耗的2.1兆焦耳能量的120%。此前的核聚变实验最接近实现净能量增益的一次是在去年,当时实验也在NIF进行,产生了1.37兆焦耳的能量,是当时照射激光能量的70%。
中国核聚变研发
居世界第一方阵
中国对核聚变能研究开始于1960年代初,主要依托的单位为隶属中国核工业集团公司的西南物理研究院(SWIP)和隶属于中国科学院的合肥物质科学研究院等离子体物理研究所等。
2006年,中国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克EAST(原名HT--7U)核聚变实验装置成功完成首次工程调试,并于2007年3月通过国家验收,之后实现多次放电。这个装置规模上大大小于ITER,但是位形却与之相似,由中科院合肥物质科学研究院研发。今年5月28日,EAST创造新的世界纪录,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。这将此前创造的1亿摄氏度20秒原纪录延长了5倍。今年10月20日,中核集团发布消息称,中国新一代“人造太阳”(HL-2M)等离子体电流突破100万安培(1兆安),创造了中国可控核聚变装置运行新纪录,标志着中国核聚变研发距离聚变点火迈进了重要一步,跻身国际第一方阵。HL-2M即中国环流器二号M装置,为目前中国最大、参数最高的托卡马克装置,被称为中国新一代核聚变实验装置。目前,国内也有一些民企在探索可商业化聚变能源技术。今年2月,成立于2021年的能量奇点宣布完成近4亿元人民币的首轮融资,米哈游和蔚来资本领投,红杉中国种子基金和蓝驰创投跟投。该公司计划,融资主要用于研发和建设基于全高温超导材料的小型托卡马克实验装置,以及研发可用于下一代高性能聚变装置的先进磁体系统。今年6月,陕西星环聚能科技有限公司(下称星环聚能)正式对外宣布,完成数亿元天使轮融资,用于可控聚变能开发。顺为资本、中科创星、昆仑资本等十多家机构参与投资。星环聚能成立于2021年。获得本轮融资后,该公司将在陕西省西咸新区建设球形托卡马克聚变装置。
取代传统燃料还早
对于这个高光的时刻,不少知名科学家表示,其实技术背后是美国想要取代石油化石等传统燃料,但不要高兴的太早,这个技术未来几十年都看不到商用的可能,希望是美好的,但要尊重现实。
论是哪条技术路线,从实验成功走向未来的核聚变商业化,都预计仍需要很长时间。LLNL主任基姆·布迪尔(Kim Budil)表示,实现核聚变商业化可能需要数十年,核聚变技术还需克服诸多障碍,包括实现每分钟完成多次聚变点火,并拥有稳健的驱动程序系统等。美国有线电视新闻网(CNN)的报道指出,当前实现的“净能量增益”规模,远小于实现电网供电和建筑物供暖所需的规模。因此,科学家们将在下一步探索如何实现更大规模的核聚变能量,以及最终如何降低核聚变成本以供商业化。基姆·布迪尔对此持有信心,“核聚变正在走向前台。通过共同努力和投资,对基础技术几十年的研究或许可以使我们有能力建造一座(核聚变)发电厂。”
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