商業(yè)核聚變?cè)诓坏绞甑臅r(shí)間里從科幻小說(shuō)變成了科學(xué)事實(shí)。誰(shuí)也沒(méi)有意料到高溫超導(dǎo)、激光和先進(jìn)材料的巨大飛躍突然加速了可控核聚變的商業(yè)化進(jìn)程。近年來(lái)，全球各地的可控核聚變的項(xiàng)目都有了突破性進(jìn)展。

英國(guó)第一光聚變公司上周宣布，它打破了美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的壓力世界紀(jì)錄，將壓力極限提升至 1.85 TPa，是地核壓力的五倍。

幾天前，一系列同行評(píng)審論文證實(shí)，波士頓附近的Commonwealth Fusion Systems 打破了使用最新高溫超導(dǎo)技術(shù)制造磁場(chǎng)強(qiáng)度為 20 特斯拉的大型磁鐵的世界紀(jì)錄。這超過(guò)了產(chǎn)生高于1.0 的凈能量或“Q 因子”所需的閾值。

麻省理工學(xué)院(MIT) 等離子體元老丹尼斯·懷特(Dennis Whyte) 教授表示：“一夜之間，聚變反應(yīng)堆的每瓦成本降低了近 40 倍。” 并在三月版的《IEEE 應(yīng)用超導(dǎo)學(xué)報(bào)》發(fā)表了六篇論文，證實(shí)了該技術(shù)的成果。

這些磁鐵通過(guò)擠壓托卡馬克裝置內(nèi)的超熱等離子體來(lái)融合氫同位素。為了復(fù)制太陽(yáng)聚變，溫度必須比太陽(yáng)表面高十倍，因?yàn)榈厍虻拇艌?chǎng)要弱得多。

“舊”低溫磁體由鈮合金制成，在 -270°C 下工作溫度接近絕對(duì)零。新型磁鐵采用稀土鋇銅氧化物 (ReBCO) 并采用全新設(shè)計(jì)，可將溫度從 4 開(kāi)爾文提升至 20 開(kāi)爾文。它們將超導(dǎo)性與極端磁力結(jié)合起來(lái)。這利用了融合能力的“多個(gè)數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)”。

Commonwealth 的首席執(zhí)行官 Bob Mumgaard 指出，這項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)在10 年前幾乎不存在，五年前仍處于起步階段。“突破在于超導(dǎo)體。更強(qiáng)的磁鐵意味著我們可以建造一個(gè)小 40 倍的工廠，”他說(shuō)。

核聚變有個(gè)50年才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化定律，而且永遠(yuǎn)都會(huì)如此，但目前看來(lái)這項(xiàng)規(guī)律也要被打破了。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)倫敦論壇上的一項(xiàng)民意調(diào)查發(fā)現(xiàn)，65% 的內(nèi)部人士認(rèn)為，到 2035 年，核聚變將以可行的成本為電網(wǎng)發(fā)電，到 2040 年，這一比例為 90%。

總部位于華盛頓的聚變工業(yè)協(xié)會(huì)表示，其四名成員認(rèn)為他們可以在 2030 年之前做到這一點(diǎn)。如果該行業(yè)接近正確，我們需要重新考慮我們所有的能源假設(shè)。英國(guó)計(jì)劃中的天然氣工廠幾乎在建成之前就已經(jīng)過(guò)時(shí)了。

去年12月底，由25家央企、科研院所、高校等組成的中國(guó)可控核聚變創(chuàng)新聯(lián)合體正式宣布成立。去年以來(lái)，國(guó)務(wù)院國(guó)資委啟動(dòng)了實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)啟航行動(dòng)，明確可控核聚變領(lǐng)域?yàn)槲磥?lái)能源的唯一方向。2023年，我國(guó)在該領(lǐng)域也取得了顯著進(jìn)展：全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)已經(jīng)在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中取得了重要成果;核聚變大科學(xué)裝置“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”面向全球開(kāi)放，邀請(qǐng)世界各國(guó)科學(xué)家來(lái)中國(guó)集智攻關(guān)。

由美國(guó)、日本、歐洲、中國(guó)和俄羅斯組成的聯(lián)合體、世界上長(zhǎng)期運(yùn)行、耗資 200 億美元的 ITER 研究項(xiàng)目在這場(chǎng)競(jìng)賽中看起來(lái)更像是擱淺的鯨魚(yú)。幾十年來(lái)，它收集了有價(jià)值的科學(xué)成果，但一直受到地緣政治和延誤的困擾，并且產(chǎn)生的能量從未超過(guò)其投入的能量，這與使用競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的慣性聚變技術(shù)的美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室不同。

接力棒已匆匆交到科技巨頭手中。Commonwealth Fusion 是麻省理工學(xué)院等離子體科學(xué)與融合中心的一個(gè)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，得到了比爾·蓋茨、杰夫·貝索斯和理查德·布蘭森爵士的支持。他們的目標(biāo)是，到2025年實(shí)現(xiàn)首次商業(yè)化規(guī)模的核聚變反應(yīng)，并在 2020 年代末達(dá)到穩(wěn)定的 Q 因子 10，這是商業(yè)起飛的能源目標(biāo)。

Mumgaard 博士表示，美國(guó)政府希望通過(guò)規(guī)模化將成本控制在 60-80 兆瓦時(shí)，從而降低大多數(shù)地方間歇性可再生能源配對(duì)天然氣調(diào)峰發(fā)電廠或儲(chǔ)能系統(tǒng)的 24/7 成本。“可能還會(huì)更低。因?yàn)椴皇褂免櫋２淮嬖诒罎⒌娘L(fēng)險(xiǎn)，”他說(shuō)。

位于牛津的Tokamak Energy是新型 ReBCO 磁體技術(shù)的先驅(qū)，可能擁有無(wú)價(jià)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。英國(guó)原子能機(jī)構(gòu)正在諾丁漢郡一座舊燃煤電廠的舊址上建造自己的托卡馬克裝置，其球形設(shè)計(jì)以前從未嘗試過(guò)，但有望大幅削減成本。

英格蘭有三家世界一流的聚變初創(chuàng)企業(yè)，涵蓋兩項(xiàng)關(guān)鍵的核聚變技術(shù)。First Light 在惰性核聚變領(lǐng)域領(lǐng)先。另外兩家正在發(fā)展磁約束核聚變技術(shù)：Tokamak Energy 和加拿大的 General Fusion。General Fusion 正在將其示范工廠設(shè)立在卡勒姆校園，這對(duì)于 Fusion Cluster 來(lái)說(shuō)是一大勝利。它們中的任何一家都有機(jī)會(huì)大獲成功。

核聚變的吸引力如今已被廣泛理解。它產(chǎn)生的能量比化石能源高出四百萬(wàn)倍，且不會(huì)排放二氧化碳或甲烷。幾乎不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期廢物，其主要副產(chǎn)品是惰性氦。

核聚變幾乎不占用土地，用水很少，幾乎可以做到隱形。與今天的裂變不同，它產(chǎn)生工業(yè)級(jí)高溫?zé)崃浚兄跍p少玻璃、水泥、鋼鐵、氨、氫等的碳排放。如果需要，它可以持續(xù)運(yùn)行，或者如果不需要，也可以隨時(shí)調(diào)度。

燃料在數(shù)千年內(nèi)幾乎是無(wú)限的，并且可以從任何地方獲取：從海水中提取氘，通過(guò)與少量鋰進(jìn)行核反應(yīng)來(lái)獲得氚。不存在失控鏈反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。它不使用裂變材料，也無(wú)法用于武器。

波蘭-俄羅斯托卡馬克之父列夫·阿爾齊莫維奇曾被問(wèn)及核聚變何時(shí)成熟。他回答道：“當(dāng)人類真正需要它時(shí)。” 現(xiàn)在看來(lái)，情況正是如此。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自合作媒體、機(jī)構(gòu)或其他網(wǎng)站的信息，登載此文出于傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性。本網(wǎng)所有信息僅供參考，不做交易和服務(wù)的根據(jù)。本網(wǎng)內(nèi)容如有侵權(quán)或其它問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)告之，本網(wǎng)將及時(shí)修改或刪除。凡以任何方式登錄本網(wǎng)站或直接、間接使用本網(wǎng)站資料者，視為自愿接受本網(wǎng)站聲明的約束。