“将太阳装进瓶子”还有多远？美宣布首次实现“核聚变点火”！

2022-12-14 15:12

12月13日，美国能源部宣布，由美国政府资助的加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL），首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”（Net energy gain），被视为核能技术发展的重大突破，是人类向拥有“近无限、安全、清洁”的能源进程中的关键一步。

“这是一个酝酿了几十年的公告，”美国能源部称，这一突破将永远改变清洁能源和美国国防的未来。

1951年3月，阿根廷总统胡安·庇隆宣布了巴塔哥尼亚北部卫姆岛上一个秘密项目的结果。

他说，该国科学家已经实现核聚变，将对太阳供能的反应进行开发利用，这预示着未来能源能够“像牛奶一样，装在半升的瓶子里”出售。

虽然后来证明这整件事是一场耗费巨资、令人尴尬的骗局，但此后科学家一直在试图复制为太阳提供动力的核聚变反应。

“净能量增益”指的是聚变反应产生的能量大于促发该反应的镭射能量，即“输出”大于“成本”。自20世纪50年代以来，科学家一直在努力摘下清洁能源生产领域的“圣杯”，但从未有人成功接近，如今美国在核聚变反应中取得净能量增益，无疑是一项“里程碑式的成就”。

据悉，该实验室采用了一种名为惯性约束聚变（Inertial confinement fusion）的方法，也就是用世界上最大的激光撞击一个微小的氢等离子体颗粒，进而产生能量。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。

核聚变研究并不便宜，LLNL实验室花费了10多年，耗资35亿美元才达到如今这一成就，但科学家花这么多年时间寻找一种使聚变反应堆成为可应用能源的方法，是有好几个原因的。

核能主要有裂变能和聚变能两种形式。核裂变是指由重的原子核变化为轻的原子核，核电站发电就是用可控核裂变技术。不过，核电站弊端就是电站产生的热能大约只有百分之三十可以转化为电能，同时会有大量的热量积载在电站当中，存在严重的安全隐患。历史上发生过两次非常严重的核灾难，一是1986年苏联的切尔诺贝利核设施爆炸，再就是2011年日本福岛核设施爆炸，迫使数千人撤离，使得这两个国家大片的地区无法居住。

核聚变则是指由较轻的原子核变化为较重的原子核。据悉，可控核聚变可以用很少的能源释放出巨大的能量，在自然界中，最容易实现聚变反应的是氢的同位素──氘和氚的聚变。

而氘和氚在海水中的储量极为丰富，据估算，一升海水提取的氘能产生的聚变能源，相当于300公升汽油完全燃烧释放的能量。如果能将海洋中的数量多达45万亿吨的氘元素，全部应用于核聚变的话，释放的能量足够人类使用几百亿年。

另外，氘和氚反应的生成物是氦气，没有放射性，对环境无害。同时，一旦造成反应的等离子体熄灭，聚变反应就会终止，因此聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全。

目前，实现可控核聚变的最大难题是如何控制和约束核聚变反应；理论上，有三种物理方式可约束核聚变反应：重力场约束、磁力场约束和惯性约束。太阳上的核聚变就是靠太阳强大的万有引力提供的重力场约束，这个方法在地球上无法实现，目前，磁力场约束聚变技术发展比惯性约束聚变更好，法国早在2007年建立使用磁力场约束聚变的设施。