美國(guó)核聚變?nèi)〉弥卮笸黄疲可逃镁圩儼l(fā)電距離我們依然相當(dāng)遙遠(yuǎn)
核聚變能源擁有其他能源品種無(wú)可比擬的諸多優(yōu)點(diǎn),但它在未來(lái)10年、20年甚至50年的能源體系中能扮演何種角色,答案依然模糊。
美國(guó)能源部12月13日稱(chēng),將于周二宣布勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)研究人員取得的一項(xiàng)“重大科學(xué)突破”,發(fā)布人員包括美國(guó)能源部長(zhǎng)珍妮弗·格蘭霍姆(Jennifer M. Granholm)、美國(guó)國(guó)家核安全局局長(zhǎng)吉爾·赫魯比(Jill Hruby)等人。勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布公告,將于美東時(shí)間13日上午10時(shí)對(duì)新聞發(fā)布會(huì)進(jìn)行直播。
外界猜測(cè),上述消息與核聚變研究相關(guān)。位于勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置是目前最大、最復(fù)雜的慣性約束聚變裝置,主要任務(wù)是產(chǎn)生高能量的聚變反應(yīng),其實(shí)現(xiàn)要依靠激光系統(tǒng)中心的微型腔體和燃料膠囊的精密工程。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)的資料顯示,其點(diǎn)火裝置擁有192束激光,是世界上最大的激光裝置。
激光聚變是點(diǎn)燃核聚變反應(yīng)的一種方法,是磁約束的潛在可替代方案。“一個(gè)稱(chēng)作‘空腔’的圓柱形金色容器里面裝有包含氘-氚燃料的膠囊,利用激光加熱該容器內(nèi)壁,激光與空腔的相互作用產(chǎn)生X射線,X射線使膠囊加熱并壓縮,在芯塊內(nèi)形成一個(gè)中心熱斑,在那里發(fā)生聚變反應(yīng)?!眹?guó)際原子能機(jī)構(gòu)對(duì)該裝置介紹稱(chēng),為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火——核聚變實(shí)現(xiàn)完全自持的點(diǎn),國(guó)家點(diǎn)火裝置的膠囊應(yīng)該釋放出比其吸收的能量多30倍左右的能量。
在美國(guó)能源部發(fā)布上述消息之前幾小時(shí),《金融時(shí)報(bào)》援引知情人士說(shuō)法稱(chēng),勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研人員在過(guò)去兩周的聚變實(shí)驗(yàn)中首次實(shí)現(xiàn)了凈能量增益?!熬圩兎磻?yīng)產(chǎn)生了大約2.5兆焦耳的能量,大約是激光裝置消耗的2.1兆焦耳能量的120%,具體數(shù)據(jù)仍在進(jìn)一步分析中?!?/span>
國(guó)內(nèi)核聚變研究領(lǐng)域?qū)I(yè)人士對(duì)澎湃新聞表示,如果得到證實(shí),該進(jìn)展的物理意義更大,證明了除磁約束聚變之外,慣性約束聚變技術(shù)的可行性。但由于持續(xù)時(shí)間太短,這并不意味著清潔、無(wú)窮無(wú)盡的核聚變發(fā)電已經(jīng)觸手可及。
“在所有商業(yè)化條件變得可行之前,這仍是幾十年漫長(zhǎng)道路上的第一步。很小但意義重大的第一步?!崩碚撐锢韺W(xué)家勞倫斯·克勞斯(Lawrence M. Krauss)在社交平臺(tái)對(duì)此事評(píng)述時(shí)仍對(duì)核聚變的商業(yè)化應(yīng)用前景持懷疑態(tài)度。
人類(lèi)距離實(shí)現(xiàn)可控核聚變的實(shí)際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?關(guān)于這個(gè)問(wèn)題,業(yè)內(nèi)一直存在一種戲稱(chēng):核聚變是一項(xiàng)距離成功“永遠(yuǎn)還有50年”的技術(shù)。
多位國(guó)內(nèi)外聚變能源學(xué)者曾對(duì)澎湃新聞表示,這種說(shuō)法一方面折射了核聚變科研和工程技術(shù)的難度,另一方面,也與早期人們對(duì)核聚變的研究不夠深入有關(guān):隨著研究逐步推進(jìn)就會(huì)發(fā)現(xiàn),有很多過(guò)去沒(méi)想到的技術(shù)挑戰(zhàn)又凸顯出來(lái),攻克這些未知的挑戰(zhàn)又需要時(shí)間??煽睾司圩兊目茖W(xué)可行性已經(jīng)在上個(gè)世紀(jì)90年代得以證實(shí),但其商業(yè)化發(fā)電依然遙遠(yuǎn)。
這種科研進(jìn)程的不平坦在勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的聚變研究上可謂體現(xiàn)得淋漓盡致。
2021年8月,該實(shí)驗(yàn)室曾宣布破紀(jì)錄的聚變反應(yīng)——在不到一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了超過(guò)10萬(wàn)億瓦特的聚變功率,這一突破使得沉寂已久的美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置再煥生機(jī)。
可是,重復(fù)該實(shí)驗(yàn)的嘗試失敗了。
據(jù)《自然》報(bào)道,“2021年8月8日那次破紀(jì)錄的激光實(shí)驗(yàn)證明了該裝置終于完成了它的主要使命,但之后多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)所獲得的能量最多只能達(dá)到那一次的50%。研究人員在打算進(jìn)行重復(fù)時(shí)就做好了遭遇挫折的準(zhǔn)備,因?yàn)檫@個(gè)龐然大物目前正在聚變‘點(diǎn)火’的臨界點(diǎn)運(yùn)行——此時(shí),不同實(shí)驗(yàn)間微小、偶然的差異都會(huì)對(duì)結(jié)果造成巨大影響。盡管如此,對(duì)很多人來(lái)說(shuō),對(duì)去年8月實(shí)驗(yàn)的重復(fù)失敗顯示出研究人員目前仍無(wú)法精準(zhǔn)理解、操縱和預(yù)測(cè)這類(lèi)高能實(shí)驗(yàn)?!?/span>
評(píng)論