美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)近期在核聚變發電技術上取得重大突破,連續四次成功在國家「點火」裝置中復制了熱核聚變反應。這被科學界視為實作商業化核聚變發電的關鍵一步,也讓美國有望率先實作這項被認為是未來能源的核聚變技術。
核聚變與當前商業化的核反應堆核分裂不同,它可以在相對安全的條件下釋放幾乎取之不盡的清潔能源。自20世紀50年代科學家實作首次聚變反應起,全球科學界就開始研究商業化的核聚變反應堆。經過幾十年的努力,各國科學家在Tokamak和慣性約束聚變等技術路線上取得重要進展,但距離實用化商業反應堆還有一定距離。LLNL這次的多次成功「點火」實驗,被認為是迄今在實驗室條件下實作的聚變發電效率最高的結果,意味著商業化核聚變反應堆的出現時間比預期更近。
LLNL的國家「點火」裝置耗資35億美元建造,它利用192束超強激光對一個豌豆大小的氘氚混合燃料膠囊進行均勻加熱,在極端高溫高壓條件下引發核聚變反應。不同於磁約束聚變,這屬於慣性約束聚變技術路線。去年12月5日,LLNL首次實作了能量輸出超過輸入的聚變「點火」。隨後他們又在一年時間內成功復制了三次該實驗,每次的聚變增益率也在提高,最近一次達到了投入能量的89%。考慮到商業化核聚變反應堆的門檻值為投入能量的130-150%,LLNL的成果意味著實作連續穩定聚變反應的關鍵科學問題已經基本解決。
LLNL的成功是全球範圍內首次實作實驗室條件下聚變反應的重復性,填補了核聚變基礎研究的最後一塊拼圖。與歐洲多國聯合建造的國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)不同,LLNL采用更小規模的高科技裝置,但同樣實作了科學突破。ITER計劃要到2035年左右才會開始熱核聚變實驗。相比之下,LLNL的進展更讓人期待商業化聚變反應堆的出現。
業內專家指出,LLNL的實驗結果展示了聚變發電技術的可能性,但距離實用化商業反應堆還需攻克一些科學難題。比如如何提高和維持更高的聚變增益率,延長穩定「點火」的時間等。此外還需要解決將小規模科研裝置擴大到工程實踐中的各種挑戰。科學家們期待著各國能加速建立規模更大的核聚變實驗裝置,為核聚變工業化打下堅實基礎。
盡管路還很長,LLNL的成果無疑是人類實作長久以來的核聚變夢想邁出的極其關鍵的一大步。與煤炭燃燒和核分裂不同,核聚變不僅可以提供幾乎無窮無盡的清潔能源,也不產生長半衰期的放射性廢料。一旦商業化聚變反應堆成為現實,它將徹底改變人類的能源格局,為我們帶來清潔、高效、經濟的未來能源。
