而僅僅就在7個月之前，2022年12月，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室就實現(xiàn)了人類歷史上第一次核聚變凈能量增益。
此番核聚變實驗的連續(xù)突破或許意味著核聚變技術進入了發(fā)展快車道。
連續(xù)突破
勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室表示，此次核聚變實驗產(chǎn)生的凈能量比2022年12月的實驗數(shù)據(jù)更高。不過對于更多數(shù)據(jù)，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室并未公布，而且最終結(jié)果還在分析之中。
不過實驗室也表示會在未來的學術報告、公開會議等場合對實驗結(jié)果進行發(fā)布。
2022年12月，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的核聚變實驗引發(fā)了全世界的轟動。那是人類第一次在核聚變實驗中獲得凈能量增益。
在那次實驗中，研究人員輸入了2.05兆焦耳的激光能量，輸出了大約3.15兆焦耳——大約增加了50%，這表明顆粒中的聚變反應正在推動進一步的聚變反應。美國國家核安全管理局的Marvin Adams博士說：“產(chǎn)生能量所花費的時間比光傳播一英寸所花費的時間還少。”
《能源》雜志在報道《核聚變?nèi)〉猛黄疲?ldquo;人造太陽”卻很遙遠》中詳細介紹了這一次實驗的情況。
這次實驗的成功也讓勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室、國家點火裝置獲得了更多的支持。2023年5月，美國能源部長Jennifer Granholm在勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的一次公開活動上特別提及了國家點火裝置在2022年12月的成功試驗，稱其讓“核聚變有望成為負擔得起、豐富的、可靠的清潔能源”。更重要的是，Jennifer Granholm宣布為核聚變研究未來4年提供4500萬美元的聯(lián)邦資金。
要知道在此之前，國家點火裝置由于延期、成本超支等問題，屢次在財務上被國會議員諷刺為“國家無法點火裝置”。而核聚變研究得以延續(xù)，是因為美國需要在不進行爆炸實驗的情況下推進核聚變方面的研究。
去年12月的成功已經(jīng)為美國核聚變和國家點火裝置續(xù)命，而現(xiàn)在連續(xù)重復實驗，不僅會讓美國投入更多資金在核聚變研究方面，更會讓核聚變這個本就火爆異常的概念進一步地風靡。
火爆的藍海
很難想象核聚變這樣一個冷門的學科現(xiàn)在正在成為資本熱捧的焦點。
2023年5月，總部位于華盛頓州埃弗雷特的Helion Energy宣布將會在2028年之前建成世界上第一座聚變發(fā)電廠。而且他們已經(jīng)為自己的核聚變電力找到了第一個客戶——軟件巨頭微軟。雙方已經(jīng)簽訂了電力購買協(xié)議。Helion Energy預計核聚變電廠投產(chǎn)后將在1年內(nèi)實現(xiàn)至少50MW的發(fā)電能力。
Helion Energy的歷史已經(jīng)有10年之久。今年年初大火的ChatGPT母公司OpenAI首席執(zhí)行官Sam Altman在2021年11月就曾對Helion Energy投資3.75億美元。
Helion Energy 2028年建成第一座核聚變發(fā)電廠的目標在諸多核聚變初創(chuàng)企業(yè)中顯得極為鶴立雞群。大部分企業(yè)也只是宣布在2030年代初開始運營商業(yè)化發(fā)電廠。
與勞倫斯·利弗莫爾這類國家實驗室不同，初創(chuàng)核聚變企業(yè)在近兩年來開始成為投資者們矚目的焦點。
在全球進入碳中和時代之后，尋找能源終極解決方案就成為各方關注的焦點。核聚變這種類似于太陽功能方式不僅完全沒有碳排放，而且可以提供巨大的高溫能量。因此這個原本脫胎于氫彈的技術開始成為人類解決能源問題的重要路徑。各個國家的政策性支持成為企業(yè)不斷融資、喊出更為夸張口號的基礎。
《美國創(chuàng)新實現(xiàn)2050年氣候目標》中，就將聚變能源列為5個首要任務之一。2022年，美國發(fā)布《商業(yè)聚變能源十年發(fā)展規(guī)劃》，計劃建設首個核聚變發(fā)電廠。
另一家美國初創(chuàng)核聚變公司Commonwealth Fusion Systems已經(jīng)募集了20億美元的資金，計劃在美國建立一座聚變反應堆SPARC，占地將近47畝，預期在2030年代初期實現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電。
英國政府計劃到2040年通過球形托卡馬克(STEP)能源計劃以及由私營組織創(chuàng)造的其他聚變技術來展示核聚變的商業(yè)可行性。
英國托卡馬克能源公司2022年公布了開發(fā)新型球形托卡馬克原型裝置ST80-HTS的計劃。如果ST80裝置2026年投運，將為建設中試聚變電廠提供關鍵信息，使該電廠可以在本世紀30年代初投運。
2023年，日本也敲定首個核聚變能源開發(fā)戰(zhàn)略方案，計劃推出企業(yè)參與研發(fā)實驗的核聚變反應堆，并爭取在2050年左右實現(xiàn)核聚變發(fā)電。
而就在勞倫斯·利弗莫爾實驗室再次重現(xiàn)核聚變凈能量增益之前的7月28日，由諾獎得主中村修二創(chuàng)立的核聚變初創(chuàng)公司Blue Laser Fusion(BLF)在種子輪融資中籌集了2500萬美元，該公司計劃2025年開發(fā)出第一個核聚變原型機，2030年在東京開發(fā)商業(yè)反應堆。
6月22日，德國政府宣布了推動國內(nèi)核聚變發(fā)展研究的計劃草案?？茖W部長貝蒂娜·斯塔克-瓦青格表示，根據(jù)該提案，德國將支持目前正在開發(fā)的所有有前途的聚變技術，包括最近在美國取得突破但在歐洲尚未得到廣泛研究的激光技術路線。
德國初創(chuàng)公司Proxima Fusion正在開創(chuàng)革命性的仿星核反應堆，并雄心勃勃地計劃到2030年代建造一座聚變發(fā)電廠。
Proxima Fusion是馬克斯·普朗克物理研究所的子公司，已籌集700萬歐元用于開發(fā)創(chuàng)新的高性能仿星器，即磁約束聚變裝置。
商業(yè)化迫近？
然而盡管已經(jīng)兩次出現(xiàn)核聚變實現(xiàn)凈能量輸出，世界各地的核聚變初創(chuàng)企業(yè)口號喊得震天響，各個國家也都在謀劃核聚變的應用。但我們距離核聚變走進日常生活，可能還有一段距離。
在核聚變研究領域，有一個流傳多年的梗——“核聚變的突破，總是在下一個十年”。從1950年代可控核聚變作為民用技術開始研究，70多年的時間里核聚變總是被期待實現(xiàn)關鍵突破，為解決人類的終極能源問題而做出貢獻。但卻始終未能成行。
在沒有恒星極端引力的情況下，通過核聚變反應堆在地球上重現(xiàn)“人造太陽”會帶來諸多技術和工程挑戰(zhàn)。其中最大的挑戰(zhàn)是將等離子體中的離子溫度保持在1億攝氏度以上，將等離子體約束在一個磁場中并保持足夠長的時間，以便發(fā)生反應并產(chǎn)生能量。
截至目前，實現(xiàn)并長時間維持核聚變反應仍是重大挑戰(zhàn)。唯有開發(fā)出一種穩(wěn)定可靠的核聚變發(fā)電方式，才能使之成為商業(yè)可行的能源。
2023年4月12日，中國“人造太陽”——全超導托卡馬克核聚變實驗裝置實現(xiàn)溫態(tài)高約束模式等離子體運行403秒，創(chuàng)造了新的紀錄。此次EAST實驗成功實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行403秒的新的世界紀錄。這一突破有望對探索未來的聚變堆前沿物理問題產(chǎn)生重要意義，并提升核聚變能源經(jīng)濟性、可行性，加快實現(xiàn)聚變發(fā)電。
中國在核聚變應用研究方面起步并不算早，但已經(jīng)進入世界領先水平。根據(jù)《日經(jīng)新聞》數(shù)據(jù)，在核聚變專利排名中，中國排名第一，領先于排名第二、三、四的美國、英國和日本。
6月，科技部黨組書記、部長王志剛帶隊赴合肥調(diào)研核聚變相關工作并就聚變能未來發(fā)展路徑研究召開專題座談會。
王志剛指出，核聚變能是人類未來終極能源，積極推進核聚變相關工作意義重大。當前國內(nèi)正在探索的磁約束托卡馬克氘氚聚變、Z箍縮聚變裂變混合堆、磁約束球型環(huán)氫硼聚變等幾種技術路線，在研究基礎、建設進展、研究難點、預期節(jié)點等方面存在差異，處于研究開發(fā)的不同階段，各具優(yōu)勢。
王志剛強調(diào)，下一步要聚焦核聚變工程、技術和方法研究，加速核聚變能源化利用進程。同時，加強原創(chuàng)性引領性科技攻關，強化制度保障和政策引導，加強配套技術研究，謀求未來競爭優(yōu)勢，推動我國核聚變領域科技創(chuàng)新工作高質(zhì)量發(fā)展。
