“人造太阳”商业化之路仍很漫长
2022-12-22 来源:经济日报
摘要
小编引言:如果可以驾驭核聚变的能量,人类文明有望进入一个全新的发展阶段。

长期以来,可控核聚变被认为是“人类的终极能源”。近日,美国能源部宣布,科研人员在劳伦斯利弗莫尔国家实验室实现了核聚变“点火”,即核聚变实验中产生的能量多于用于驱动核聚变的激光能量。美能源部称这一“重大科学突破”将为国防及清洁能源未来发展奠定基础。据此,有观点认为,“可控核聚变很快就能商业化”“风电、光伏等新能源即将被核聚变替代”。实际上,从这次实验到核聚变商业化的路途仍很漫长。

 

为何说核聚变技术对人类至关重要?我们都知道“万物生长靠太阳”,地球上埋藏的煤炭、石油等化石能源实质上也是远古生物储存的太阳能,水能、风能、生物质能等可再生能源同样是通过太阳能转化而来,而太阳的能量正是来源于核聚变。简单说,核聚变就是两个轻原子在高温高压的环境下相撞,聚合成一个重原子,在反应过程中会产生质量损失。根据爱因斯坦标志性的质能方程,能量等于质量乘以光速的平方,由于光速值巨大,即使较小的质量损失也会转化为巨大的能量爆发出来。

 

如果可以驾驭核聚变的能量,人类文明有望进入一个全新的发展阶段。当前,人类已经掌握了可控核裂变技术,在核裂变中一个原子会分裂成更小的粒子并放出能量,已经广泛应用的核能发电就是利用的这一技术。跟裂变相比,核聚变拥有更多优势:作为核聚变原料,氘在地球上的含量相当丰富,易于提取。根据国际原子能机构统计,地球上的氘产生的聚变能量够人类使用900亿年。同时,可控核聚变能在自然条件下稳定反应,简单可控,具备本质安全。核聚变反应过程中几乎不产生辐射,核废料也几乎没有放射性,不存在核泄漏的风险。

 

更重要的是,核聚变释放的能量是核裂变的数倍。理论上,只需要几克氘和氚的混合反应物,就有可能产生上万亿焦耳的能量,这相当于一个普通人一生所需的能量。如果我们可以模拟这个反应过程,实现“人造太阳”,便可一劳永逸解决能源问题。单从技术上而言,人类很早就实现了核聚变,氢弹就是不可控的聚变反应。尽管如此,在此后70年的时间内,人类在可控核聚变方面却始终进展缓慢。其中最大的难题是如何控制和约束核聚变反应,因为核聚变需要在极高的温度和压力条件下才能进行,而地球上尚没有任何化学物质能够达到要求。

 

当前可控核聚变主要分为两条技术路径。其中之一是高功率激光作为驱动器的惯性约束核聚变,代表就是美国国家点火装置。不可否认,美国装置此次“点火”从科学层面上证明了可控核聚变有望为人类提供能量来源,而不只是一个耗电器。但其离商业化运用还有很大距离,其产生的能量仅相当于燃烧一小堆木柴,也无法做到连续输出能量,如果计算整个系统能量消耗,仍旧远大于装置产出的能量。对于规模化能源生产,这种试验并无重大意义。

 

在可控核聚变领域,有个著名的“50年悖论”,即在科技界的预言中,距离实现可控核聚变永远只有50年。不仅达到真正意义上可控、持续的核聚变难度极大,一项新的能源技术从实验室到商业化的周期也很漫长。据历史学家鲁迪·沃尔蒂考证,“1900年在美国生产的4192辆汽车中,有1681辆是蒸汽汽车,有1575辆是电动车,只有936辆是用了内燃发动机的汽车”。100多年过去,电动汽车虽然逐渐被人们所认可,但市场占比竟远未达到问世之初的地位。可见,在实现碳中和的道路上,已进入成熟阶段的风电、光伏等新能源依然是主力之选。

 

从更长远的周期来看,可控核聚变是人类可持续发展的战略储备技术。一旦获得突破,我们将拥有廉价、安全、清洁的能源,地球环境得到极大改善,经济建设和工业生产效率大幅提升,甚至星际旅行成为可能。早在20世纪50年代,我国也开始了可控核聚变的研究。目前,我国研究机构已建成相关装置,研究走在了世界前列。下一步,应继续加大可控核聚变的投资研发力度,加强国际合作、技术共享,推动核聚变商业化快速发展。

 

 

关键词:人造太阳,可控核聚变,能量

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