聚變技術快速迭代人類離能源自由還有多遠_風聞

一種終極能源正在從科幻變成現實。

如果兩個原子核相互碰撞發生聚變反應，就會釋放巨大能量，將能量收集、利用，讓其發電，商業價值不可限量。這就是資本市場上被熱捧的可控核聚變概念，有人稱之為終極能源。因為與常規能源相比，它有數量級上的優勢。

“可控核聚變帶來的不是量變，而是質變，它可以推動人類文明進程的躍遷。”新奧能源研究院院長劉敏勝説。

可控核聚變的技術路線有多條，以燃料角度有氘氚聚變、氫硼聚變，以約束角度有磁約束、慣性約束、激光約束等等。目前不少專家認為，現有技術路線中最具有商業化應用可行性的是氫硼聚變，因為其燃料豐富易得，成本低，安全環保，能高效直接發電。

神奇的聚變

與可控核聚變相比，目前所有的能源都算是常規能源。

從反應原理上看，煤炭、石油是將化學能轉化為電能，風電是將風的動能轉化為電能，光伏是將光能轉化為電能，而核聚變是將核反應中的質量虧損轉化為能量，進而轉化為電能，遵循的是質能方程（E=mc²）。

西安交通大學物理學院教授趙永濤介紹：“從當量上來講，一次核反應或者一次核聚變釋放的能量，比一次化學反應釋放的能量高100萬倍，甚至更多。所以一旦核反應起來或核燃燒起來，那比化學燃燒的功率要大得多。”

核聚變的前提是兩個較輕的原子核克服相互之間的庫侖力，發生碰撞，聚成相對較重的核，在此過程中會損失質量，轉變成能量。氘氚聚變是核聚變的典型反應，一個氘原子核和一個氚原子核結合，變成一個氦原子核和一箇中子，以及能量。

這個能量是巨大的，氘核質量為2.0141u（原子質量單位），氚核質量是3.0161u，氦核質量4.0026u，中子質量為1.0087u。此聚變反應中的質量損失是0.0189u，按照E=mc²來計算，對應能量約17.6MeV（兆電子伏）。無數的原子核相聚合會疊加指數級的能量。人類對核聚變的應用分為可控與不可控，氫彈屬於不可控，如果利用核聚變的能量來發電，即是可控核聚變。

與核聚變相對應的核裂變，早已實現了商業化，典型的是核電站。裂變的原理與聚變相似，只不過是“反着來的”，它是由一個重原子核（如鈾-235）分裂成兩個中等質量原子核（如鋇和氪），同時釋放中子。核裂變過程中也有質量虧損，轉化為巨大能量。

核裂變的反應條件相對寬鬆，不需要高温高壓。核電站通過緩慢的鏈式反應穩定地釋放核能，這些能量被用來加熱水併產生蒸汽，進而推動發電機的輪機轉動，最終轉化為電能。

核聚變的反應條件卻相當苛刻，需要上億的温度以及足夠高的壓力，形成高密度等離子體，同時還要通過某些手段對等離子體形成約束。

走在商業化的路上

但直至目前，可控核聚變仍停留在實驗階段，而絕大多數實驗僅已證明其科學可行性，並沒有驗證其商業性。但有一種聚變路線已經顯現出商業化潛質。

以氘氚作為燃料的聚變，氚的成本高，有輻射。氫硼聚變由氫原子核和硼原子核發生聚合反應，生成氦原子核，即α粒子，無中子。氫硼在自然界中儲量豐富，具備經濟性，α粒子穿透力小，具備安全性。

新奧集團經過廣泛調研，選擇了氫硼聚變的路線。早在2017年新奧就開始了聚變商業化技術研發，佈局球形環氫硼聚變技術。

新奧聚變實驗首席科學家石躍江表示：“新奧的目標明確，就是要實現聚變能源的商業化。我們的研究都圍繞着這個目標，制定了嚴格的計劃和時間表。2035年我們要驗證氫硼聚變商業化可不可行，從那個時間點倒排。我們要做四個裝置，每個裝置的時間節點是多少，目標是什麼，都是很清楚的，一環扣一環，所以我們的裝置迭代升級非常快。”

據瞭解，2018年10月至2019年8月，新奧建成“玄龍-50”裝置，這是一箇中等規模的球形環物理實驗裝置。它的電流驅動曾達到170kA，創造了電子迴旋波（ECRH）無感驅動世界紀錄。

2023年7月至2024年1月，“玄龍-50”升級為“玄龍-50U”。升級後的“玄龍-50U”參數指標提升10倍以上，並在2025年實現了百萬安培、4千萬攝氏度氫硼等離子體放電，以及1.2特斯拉強磁場穩定運行1.6秒的世界紀錄，驗證了高參數氫硼等離子體的可實現性。同時，新奧並行啓動了更高參數的“和龍-2”建設，探索解決氫硼聚變中的關鍵技術問題。項目預計2027年建成。

仍需全球努力

在全球核聚變領域，對於技術的探討都是開放的。

7月14日，新奧集團主辦的第三屆氫硼聚變研討會匯聚了中、法、德、美等11國近50家頂尖科研機構專家及國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）特派代表。

“聚變能源代表着人類的未來，作為前無古人的複雜系統科學與工程，需要我們以前所未有的力度去開放合作，以前所未有的勇氣去創新突破。”劉敏勝説道。

國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃對外發言人拉班·科布倫茨（LabanCoblentz）也認為，“作為全球最大的聚變實驗平台，ITER計劃匯聚了來自全球的幾萬名科研人員開展國際協作。新奧在球形環氫硼聚變領域的積極探索，是對全球聚變科研發展的重要貢獻。ITER未來希望加強與私營企業的合作，攜手推動全球聚變科技加速發展。唯有通力協作，才能使關乎人類未來命運的聚變事業穩步向前。”

但氫硼聚變現在仍有一些難題需要突破，例如氫硼聚變的理想反應温度超過10億度，目前還遠遠達不到。不過，“通過非平衡狀態的維持、燃料比例優化和反應截面的重新研究，氫硼聚變充滿希望。非平衡狀態是氫硼聚變能夠實現的重點。以往的研究認為核聚變需要等離子體在熱平衡狀態下才可以實現，後來研究發現，氫硼聚變是可以在非平衡狀態下進行的。”西安交通大學外籍教授霍迪在接受記者採訪時説。

有專家認為，氫硼聚變終將推動人類從“能源約束時代”邁向“文明能級躍升時代”，新奧也提出了“在2035年進入聚變堆階段，助力中國發出聚變能源的第一度電”的目標，人類何時能夠實現能源自由，還需要全球共同努力。（資鈦出品）