核聚變領域取得“里程碑式突破”。當?shù)貢r間12月13日，美國能源部宣布，其下屬的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室科研人員首次成功在核聚變反應中實現(xiàn)了“凈能量增益”，稱這一重大科學突破將為國防及清潔能源未來發(fā)展奠定基礎。

有專家表示，雖然核聚變技術距離走出實驗室、實現(xiàn)商用還存在一定距離，但是對于幫助人類實現(xiàn)零碳排放意義重大，同時，核聚變有望解決核電安全性問題，因此無論是美國還是中國，都在該領域大力投入研究。

零碳的終極能源

(資料圖片僅供參考)

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室首次成功在核聚變反應中實現(xiàn)“凈能量增益”，即聚變反應產(chǎn)生的能量大于促發(fā)該反應的鐳射能量。據(jù)悉，實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，產(chǎn)生的能量比投入的能量多50%以上。

核聚變反應是宇宙中的普遍現(xiàn)象，它是恒星的能量來源。當氘、氚（氫的同位素）等較輕元素的原子核相遇時，會聚合成較重的原子核，并釋放出巨大能量，這一過程就是核聚變。因為與太陽產(chǎn)生能量的原理相同，一直有零碳能源之稱的核聚變反應被稱為“人造太陽”。

“人類利用原子能的方式有核裂變和核聚變兩種。核裂變是將較重的原子核分裂為較輕的原子核并釋放出能量，這在世界各地已經(jīng)實現(xiàn)廣泛的商業(yè)化應用，我們目前的核電站都屬于核裂變的形式。而核聚變則是將較輕的原子核聚合反應而生成較重的原子核，并釋放出巨大能量。”廈門大學中國能源政策研究院助理教授吳微對北京商報記者表示。

由于實現(xiàn)可控的核聚變需要極為苛刻的條件，目前人類的技術還無法實現(xiàn)可控的核聚變。核聚變能也是全世界能源發(fā)展的前沿方向，被視為未來社會的“終極能源”，對于人類擺脫目前地球的能源與環(huán)境危機困擾意義重大。

耗資35億美元的美國國家點火裝置位于勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，最初是為了通過模擬爆炸來測試核武器，后用于推進聚變能研究。據(jù)美能源部介紹，該實驗室的“國家點燃實驗設施”是全球最大、能量最高的激光系統(tǒng)，其使用超強激光束來產(chǎn)生與恒星和巨型行星核心以及核武器內部相當?shù)臏囟群蛪毫Α?/p>

商用還很遙遠

物理學家們從上世紀50年代就開始致力于證明聚變反應可以釋放出比輸入更多的能量。廈門大學中國能源政策研究院院長林伯強對北京商報記者表示，核聚變反應中實現(xiàn)“凈能量增益”是一項重大的技術突破，為核聚變發(fā)電在未來的商業(yè)化應用創(chuàng)造了條件。

美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆在一份聲明中稱，這一突破是一項“里程碑式的成就”。這項成果預計將可能幫助人類在實現(xiàn)零碳排放能源的進程中邁出關鍵一步。

美能源部表示，要實現(xiàn)將方便、可負擔的慣性約束核聚變技術應用于為家庭和企業(yè)發(fā)電的目標，仍需要進行大量先進的科學和技術實驗。美能源部正在重啟一項慣性約束核聚變發(fā)展計劃，將與私營部門協(xié)調合作，推動核聚變商業(yè)化的快速發(fā)展。

不過，實現(xiàn)“凈能量增益”距離建立“核聚變發(fā)電站”可能還有數(shù)十年。林伯強表示，目前該技術還處于實驗室階段，距離走出實驗室還具有很長一段時間的距離。

吳微認為，如果可控核聚變的技術在未來幾十年能夠實現(xiàn)技術突破，使可控核聚變實現(xiàn)商業(yè)化，那么將徹底改變人類的能源生產(chǎn)與供應方式。可控核聚變的燃料成本幾乎可以忽略不計，同時也不像核裂變發(fā)電一樣可能存在安全風險，因此可以部署在任何有需要的地方。

“當然，即使是未來可控核聚變能夠實現(xiàn)商業(yè)化應用，但其成本要降低到與其他能源相比具有競爭性仍然有很長的路要走。”吳微說。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室主任金·布迪爾（Kim Budil）也表示，如果想將這一成果商業(yè)化，核聚變技術仍有“重大障礙”需要克服，可能還需要幾十年的努力和投資。

技術和安全是制約

核聚變有望成為更安全的核電利用方式。吳微表示，可控核聚變在發(fā)電的過程中不會產(chǎn)生核廢料，即使出現(xiàn)嚴重的事故也不會造成核泄漏，因此將能夠解決核電發(fā)展的安全性問題。

“核聚變不會存在核反應堆融毀的情況，從本質上來說就很安全。簡單來說，核裂變反應堆的功能是控制能量釋放的速度，避免其失控；核聚變則相反，它需要創(chuàng)造聚變發(fā)生的條件，假如停止投入聚變燃料，或者沒有合適的高溫條件，聚變反應自己就停止了。”First Light Fusion的首席財務官David Byron解釋道。

長期以來，安全問題和技術問題都限制著核電的發(fā)展。“公眾對于核電的安全問題一直有所顧慮，尤其在日本、歐洲的一些核泄漏事故后，公眾一直對核電安全存疑。”林伯強認為，事實上，核電的安全性和清潔性比風電光伏、火力發(fā)電更好，核聚變技術無論是對于世界還是對于中國，都是推動綠色發(fā)展至關重要的未來技術。

在“人造太陽”這一領域，中國也在不斷突破，今年10月，中國人造太陽裝置（HL-2M）等離子體電流突破100萬安培，創(chuàng)造了中國可控核聚變裝置運行新紀錄，我國核聚變研發(fā)距離聚變點火也邁進了一步。我國第四代核聚變實驗裝置東方超環(huán)（EAST），實現(xiàn)加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦，等離子體中心電子溫度首次達到1億度。

“總體來看，中國經(jīng)過這么多年發(fā)展，聚變能科學可行性已經(jīng)被證實，完成了80%以上的關鍵技術積累。可以在國家和社會的大力支持下，快速推動中國聚變工程實驗堆建設與運行，有望未來30-50年實現(xiàn)聚變能實際應用。”中科院合肥研究院等離子體物理研究所副所長胡建生表示。

北京商報記者方彬楠袁澤睿

關鍵詞： 人造太陽