可控核聚变，想象和现实的距离有多远？世界热头条

2023-02-01 01:06:21 来源：天目新闻

今年春节档热映的电影《流浪地球2》中，依靠上万座巨大的行星发动机，地球得以开启一场宇宙迁徙。这些发动机的动力，来源于重核聚变。

这不只是想象。1月30日，中核集团微博发文力挺《流浪地球2》，称“你们尽管想象，我们负责实现”。导演郭帆在评论区留言，表示“瞬间泪目”。

(资料图片)

可控核聚变能源，凭借取之不尽、用之不竭，成本低、清洁等特点，被视为人类的终极能源，世界上许多国家都在进行研究。

近年来，中国可控核聚变技术不断取得新突破。1个月前，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”，引发关注。

可控核聚变，想象和现实的距离有多远？

可控核聚变为何被寄予厚望？

人类社会的发展离不开能源。人人熟悉的太阳，就是一颗不停地进行着聚变反应的大火球，其中一小部分能量以光线的形式传送到地球上，滋养世间万物。

当核聚变发生时，两个较轻的原子核会聚合为一个较重的原子核时，并释放出大量能量。如果人类能将核聚变过程中的能量加以利用——让其可控，人类社会的未来有望迎来重大改变。

目前，人类主要赖以为生的化石燃料数量有限，使用过程中温室气体排放等还会对环境造成污染。而传统核能虽然是无碳排放，但是会产生核废料。

相比于化石燃料，核聚变的燃料几乎取之不尽。目前，可控核聚变研究都以氢的同位素氘和氚为聚变燃料。海洋含有数亿吨的氘，理论上仅一升的海水，就能产生相当于300升汽油的能量。而氚则可以通过自然界中极为丰富的锂元素来反应获得。理论而言，一小杯氢燃料就足以给一栋房子供电数百年。

相比于传统核能，核聚变的过程不会产生放射性废物，也不会发生可能导致反应堆熔毁的失控链式反应。

目前，人类利用氘氚核聚变，实现了氢弹爆炸，但这瞬间能量的释放并不可控。核聚变优势明显，需要在高温高压条件下进行，要让它受控稳定发生，并不容易。

国内多个团队聚焦研究可控核聚变

最近，随着《流浪地球2》热映，影片中的科技元素备受关注。影片中，人类计划给地球安装上万座巨大的行星发动机，发动机运行依靠的就是重核聚变产生的巨大能量。

1月30日，中核集团微博发文力挺《流浪地球2》，称“你们尽管想象，我们负责实现”。导演郭帆在评论区留言，表示“瞬间泪目”。

图片来自@中核集团

科幻的基础是现实。在中国，不少科研团队正在攀登可控核聚变这座“山峰”，托卡马克装置是主流方向。这类装置有“人造太阳”之称，外形上就像一个甜甜圈，能利用强磁场，将氘氚等离子体约束在一个特殊的磁容器中，并加热至数亿摄氏度高温，以此实现可控聚变反应。

2022年，“负责实现想象”的中核集团牵头研发，中国新一代“人造太阳”装置（HL-2M）实现等离子体电流突破100万安培，强度上创造了中国可控核聚变装置运行新纪录。

近年来，由中科院等离子体物理研究所自主建造，被称为“东方超环”的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）也取得了多项重大科研突破。

EAST资料图

2021年5月，EAST实现了可重复的1.2亿度101秒和1.6亿度20秒等离子体运行。12月30日，EAST又实现长达1056秒的等离子体持续运行时间，刷新了托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间记录。今年初，利用EAST，科研人员又发现并证明了一种新的高能量约束模式，相关成果发表于国际学术期刊《科学·进展》。

2021年初，在南昌大学江西省聚变能与信息控制重点实验室，“人造太阳”装置NCST正式投入运行并实现首次成功放电，这也是我国首个可实现压缩融合启动等离子体电流的球形托卡马克装置。

实现可控核聚变是人类共同的愿望。2006年，欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国七方签署协定，共同建造国际热核聚变实验堆（ITER），其目标正是验证和平利用聚变能的科学和技术可行性。不过，今年初，ITER计划在进展过程中，因设计等问题提出延期。

激光核聚变实验透露更多细节

向激光器输送能量的管子 CBS截图

除了以磁约束为特点的托卡马克装置外，以大量激光脉冲轰击氢原子的激光系统也被寄予厚望。

2022年12月底，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）公布，利用美国国家点火装置（NIF），首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”，实现输出能量“扭亏为盈”。

近日，美国哥伦比亚广播公司（CBS）推出电视节目《核聚变突破或是迈向未来无限清洁能源的一步》，独家采访了负责此次实验的团队，透露出更多细节。

激光冲击的靶丸 CBS截图

在此次备受关注的实验过程中，科研人员将192束激光聚焦到一个内部被注入了氘氚聚变燃料的小靶丸上，聚焦轰击产生的温度高达几百万摄氏度，引发了核聚变反应。

实验结果表明，在向目标输入了2.05兆焦耳的能量之后，最终，核聚变产生了3.15兆焦耳的能量输出，首次实现了聚变能量大于输入能量，获得了超过54%的净能量收益。

虽然此次实验产生的能量仅约可以烧开15到20壶水，反映持续时间不到十亿分之一秒，但此次试验最大的意义在于，证明了在可控核聚变实验中，输出能量大于输入能量是可以实现的。

不过，采访中，实验室的激光核聚变研究项目负责人塔米·马（Tammy Ma）表示，目前，人类距离让可控核聚变实现商业化，还有很长的路要走。她表示，理论上讲，商业发电要用上这样的技术，每秒大约需要发射10次激光，还要让能量增益提高到100倍左右，从工程上而言这是一个巨大的挑战。