美國科學家第二次核聚變能源突破，解釋 - 彭博社

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火設施目標灣。攝影師：達米安·傑米森/勞倫斯利弗莫爾國家實驗室/AP照片

一些世界上最富有的投資者已經湧入了針對科學中最大、最艱鉅挑戰之一的初創企業：核聚變。長期以來，核聚變一直被視為清潔且豐富能源的終極目標，核聚變是太陽提供能量的過程，通過巨大的引力將原子壓縮在一起並釋放它們的能量。2022年底，研究人員慶祝了一個長期追求的 科學里程碑，這是一個充滿了令人困惑的技術挑戰和對近期前景持懷疑態度的領域的進展的標誌。

1. 里程碑是什麼？

2022年12月，加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家們將世界上最強大的激光聚焦在一個裝滿氫氣的胡椒粒大小的鑽石膠囊上。激光束釋放了2.05兆焦的能量，引發了將氫氣聚變成氦氣並釋放3.15兆焦的反應。這種差異略高於一兆焦，大致相當於手榴彈釋放的能量。這一結果，被稱為“點火”或淨能量增益（意味着輸出的能量比輸入的多），是科學家們幾十年來一直追求的成就。它表明受控核聚變的核心物理學問題已經被解決，創造了一種生產廉價、無碳電力的可能性。在幾次不成功的嘗試之後，同一實驗室在7月份成功複製了這一成就。

2. 商業聚變有多近？

即使美國和其他政府提出了大膽的願景和各種技術，最樂觀的專家表示，我們距離第一座聚變發電廠向電網供電還有大約十年的時間。大多數人認為現在是20或30年後的事情。隨着近年來科學的進步，聚變開始吸引新一類投資者，更多的私營公司加入了競爭。 投資激增，從2020年的約3億美元增加到2021年的26億美元。但在2022年又回落到5.21億美元。

3. 有哪些技術？

聚變研究受益於超級計算、3D打印和超導磁體的進步。有不同的方法：

• 慣性約束：2021年12月的里程碑證明了這種方法——向充滿氫的小球發射激光——是可行的。但反應異常短暫，不是發電廠通常使用的連續過程。而且至少目前來看，這些小球製作起來又昂貴又耗時。
• 磁約束：更廣泛使用的方法利用強大的磁場來包含等離子體，即一種電荷超高温氣體，以便它能夠維持聚變反應。它需要比太陽還要熱得多的温度，約1.5億攝氏度（2.7億華氏度）。大多數工作採用一個被稱為託卡馬克的蘇聯時代設計，它具有一個超冷卻的、環形的室內來容納等離子體，或者一個被稱為扭曲磁場的變種。
• 其他替代方案：初創公司正在追求混合技術或他們自己獨特的想法。加利福尼亞州的TAE Technologies是資金最充裕的公司之一，他們使用加速器將等離子體充滿高能粒子，使其更容易管理。

4. 有哪些障礙？

聚變不會產生像裂變那樣的高級核廢料，裂變是自1950年代以來商業反應堆中使用的原子分裂替代形式，也是最初原子彈的動力來源。然而，聚變研究需要克服技術挑戰，比如如何開發能夠承受機器內原子粒子轟擊的材料。目前還不清楚產生的能量將如何被利用並轉化為電力。

5. 參與者有哪些？

有三個明顯的羣體：國家倡議、近三十多傢俬人初創企業以及由35個國家組成的、總額250億美元的國際熱核實驗反應堆（ITER）。這個國際合作項目是歷史上最大的研究項目，自2010年以來一直在法國努力建造一個巨大的示範機器。這是一個與太空競賽規模相當的項目，當時美國和前蘇聯競相建造巨大的火箭。初創企業最著名的支持者包括亞馬遜創始人傑夫·貝索斯、微軟創始人比爾·蓋茨和Palantir的彼得·蒂爾。有一種觀點認為，推動聚變將會帶來科學進步，即使核心技術需要幾十年才能實現。

6. 什麼會表明進展？

磁約束項目尚未表現出淨能量增益，ITER的託卡馬克機器最早要到2025年才能開始運行。Commonwealth Fusion Systems計劃在2025年啓動其位於馬薩諸塞州的機器。

參考書架

• 勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的網站。
• 彭博新能源基金會關於核聚變挑戰的報告。
• 彭博的圖表功能探討了兩種核聚變方法。
• 一個微小小部件如何拖延了世界上最大的科學實驗。
• 一個關於使用裂變復興核能的QuickTake。核能。
• 彭博觀點專欄作家大衞·菲克林寫道，核聚變研究人員離商業技術還有很長一段路。
• 一個核聚變科學家解釋了為什麼雄心勃勃的時間表很難實現。