美國核聚變?nèi)〉弥卮笸黄?？商用聚變發(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可比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)，但它在未來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。
美國能源部12月13日稱，將于周二宣布勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）研究人員取得的一項(xiàng)“重大科學(xué)突破”，發(fā)布人員包括美國能源部長珍妮弗·格蘭霍姆（Jennifer M. Granholm）、美國國家核安全局局長吉爾·赫魯比（Jill Hruby）等人。勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布公告，將于美東時(shí)間13日上午10時(shí)對新聞發(fā)布會進(jìn)行直播。

外界猜測，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)室的美國國家點(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?！耙粋€(gè)稱作‘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H原子能機(jī)構(gòu)對該裝置介紹稱，為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火——核聚變實(shí)現(xiàn)完全自持的點(diǎn)，國家點(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)》援引知情人士說法稱，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的科研人員在過去兩周的聚變實(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>

國內(nèi)核聚變研究領(lǐng)域?qū)I(yè)人士對澎湃新聞表示，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、無窮無盡的核聚變發(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）在社交平臺對此事評述時(shí)仍對核聚變的商業(yè)化應(yīng)用前景持懷疑態(tài)度。

人類距離實(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)問題，業(yè)內(nèi)一直存在一種戲稱：核聚變是一項(xiàng)距離成功“永遠(yuǎn)還有50年”的技術(shù)。

多位國內(nèi)外聚變能源學(xué)者曾對澎湃新聞表示，這種說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，也與早期人們對核聚變的研究不夠深入有關(guān)：隨著研究逐步推進(jìn)就會發(fā)現(xiàn)，有很多過去沒想到的技術(shù)挑戰(zhàn)又凸顯出來，攻克這些未知的挑戰(zhàn)又需要時(shí)間。可控核聚變的科學(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10萬億瓦特的聚變功率，這一突破使得沉寂已久的美國國家點(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、偶然的差異都會對結(jié)果造成巨大影響。盡管如此，對很多人來說，對去年8月實(shí)驗(yàn)的重復(fù)失敗顯示出研究人員目前仍無法精準(zhǔn)理解、操縱和預(yù)測這類高能實(shí)驗(yàn)?！?/span>