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，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驗室（LLNL）研究人員取得的一項“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驗室發(fā)布公告，將于美東時間13日上午10時對新聞發(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驗室的美國國家點火裝置是目前最大、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)形成一個中心熱斑，在那里發(fā)生聚變反應(yīng)。”國際原子能機(jī)構(gòu)對該裝置介紹稱，為實現(xiàn)點火——核聚變實現(xiàn)完全自持的點，國家點火裝置的膠囊應(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，《金融時報》援引知情人士說法稱，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科研人員在過去兩周的聚變實驗中首次實現(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。”

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，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。

人類距離實現(xiàn)可控核聚變的實際應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？關(guān)于這個問題，業(yè)內(nèi)一直存在一種戲稱：核聚變是一項距離成功“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)又需要時間?？煽睾司圩兊目茖W(xué)可行性已經(jīng)在上個世紀(jì)90年代得以證實，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驗室的聚變研究上可謂體現(xiàn)得淋漓盡致。

2021年8月，該實驗室曾宣布破紀(jì)錄的聚變反應(yīng)——在不到一秒的時間內(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火裝置再煥生機(jī)。
可是，重復(fù)該實驗的嘗試失敗了。

據(jù)《自然》報道，“2021年8月8日那次破紀(jì)錄的激光實驗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)實驗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)時就做好了遭遇挫折的準(zhǔn)備，因為這個龐然大物目前正在聚變‘點火’的臨界點運(yùn)行——此時，不同實驗間微小、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月實驗的重復(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)測這類高能實驗。”