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1952 年,美國在太平洋赤道附近的島嶼上引爆氫彈、第一次實現核聚變,之后科學家們前赴后繼,想盡一切辦法嘗試控制核聚變,用它發電 。
核聚變被許多人視為 “終極能源”,理論上 1 克核聚變燃料釋放的能量相當于 10 噸煤炭的,而且不會排放二氧化碳,也不會像現在的核裂變發電站那樣,可能泄漏危害環境上百年的輻射物質 。
之后 70 年,核聚變研究進展有限 。科學家們研究出了讓核聚變的裝置,但每一次實現可控的核聚變,輸出的能量還沒有輸入的多,以至于長期以有人調侃 “人類距離可控核聚變始終都有 30 年” 。
核聚變研究現在有了重要進展 。美國能源部 12 月 13 日宣布,勞倫斯利弗莫爾國家實驗室在核聚變實驗中實現能量凈收益:輸出的能量(3.15 兆焦)超過了輸入的能量(2.05 兆焦),維持不到 1 秒 。
利弗莫爾實驗室實現核聚變的方式是 “慣性約束” 。用消耗 300 兆焦的激光器發射 192 束激光,迅速轟擊到胡椒粒大小、由氘氚制成的燃料上,將其加熱到 300 萬攝氏度,破開燃料表面,創造更高溫、高壓的環境,讓氘氚中的氫原子融合 , 實現核聚變 。
這是人類第一次用核聚變實現能量凈收益 。此前被廣泛認可的能量紀錄還是在 1997 年,歐洲國家出資建造的核聚變裝置歐洲聯合環(JET)的一次實驗中 , 消耗大約 9 度電的能量,產生 6 度電的能量,同樣維持了不到 1 秒 。
想用核聚變發電還需要更多突破,目前的進展都處于實驗室研究階段 , 距離發電還有非常遠的距離 。一名 20 年的核聚變研究者告訴我們 , 想利用核聚變發電,輸出的能量至少要有輸入能量的 5 倍 。目前正在建設的超大核聚變裝置 ITER(國際熱核聚變實驗反應堆),目標是實現 10 倍的能量收益,預計 2035 年投入運營 。
歐洲聯合環和 ITER 都是用 “磁性約束” 實現核聚變 , 燃料在類似 “甜甜圈” 真空環形通道中被微波加熱為等離子體 。環形通道的每個方向都被不同形狀的磁性線圈包裹 。線圈通電后形成磁?。?將 1 億攝氏度的等離子體壓縮至一定密度、變成高速螺旋 , 實現核聚變 。
地球的能源問題愈發突出 , 加上一些技術突破,近年來越來越多的創業公司和私營資本進入核聚變領域 , 大多承諾在 2030 年代實現核聚變商業發電 。它們現在多處于早期階段,還在建裝置,測試方案是否可行,然后再嘗試怎樣實現能量正收益 。(賀乾明)
【可控核聚變有了突破,雖然只維持了不到 1 秒】

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