美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)近期在核聚变发电技术上取得重大突破,连续四次成功在国家「点火」装置中复制了热核聚变反应。这被科学界视为实现商业化核聚变发电的关键一步,也让美国有望率先实现这项被认为是未来能源的核聚变技术。
核聚变与当前商业化的核反应堆核裂变不同,它可以在相对安全的条件下释放几乎取之不尽的清洁能源。自20世纪50年代科学家实现首次聚变反应起,全球科学界就开始研究商业化的核聚变反应堆。经过几十年的努力,各国科学家在Tokamak和惯性约束聚变等技术路线上取得重要进展,但距离实用化商业反应堆还有一定距离。LLNL这次的多次成功「点火」实验,被认为是迄今在实验室条件下实现的聚变发电效率最高的结果,意味着商业化核聚变反应堆的出现时间比预期更近。
LLNL的国家「点火」装置耗资35亿美元建造,它利用192束超强激光对一个豌豆大小的氘氚混合燃料胶囊进行均匀加热,在极端高温高压条件下引发核聚变反应。不同于磁约束聚变,这属于惯性约束聚变技术路线。去年12月5日,LLNL首次实现了能量输出超过输入的聚变「点火」。随后他们又在一年时间内成功复制了三次该实验,每次的聚变增益率也在提高,最近一次达到了投入能量的89%。考虑到商业化核聚变反应堆的门槛值为投入能量的130-150%,LLNL的成果意味着实现连续稳定聚变反应的关键科学问题已经基本解决。
LLNL的成功是全球范围内首次实现实验室条件下聚变反应的重复性,填补了核聚变基础研究的最后一块拼图。与欧洲多国联合建造的国际热核聚变实验反应堆(ITER)不同,LLNL采用更小规模的高科技装置,但同样实现了科学突破。ITER计划要到2035年左右才会开始热核聚变实验。相比之下,LLNL的进展更让人期待商业化聚变反应堆的出现。
业内专家指出,LLNL的实验结果展示了聚变发电技术的可能性,但距离实用化商业反应堆还需攻克一些科学难题。比如如何提高和维持更高的聚变增益率,延长稳定「点火」的时间等。此外还需要解决将小规模科研装置扩大到工程实践中的各种挑战。科学家们期待着各国能加速建立规模更大的核聚变实验装置,为核聚变工业化打下坚实基础。
尽管路还很长,LLNL的成果无疑是人类实现长久以来的核聚变梦想迈出的极其关键的一大步。与煤炭燃烧和核裂变不同,核聚变不仅可以提供几乎无穷无尽的清洁能源,也不产生长半衰期的放射性废料。一旦商业化聚变反应堆成为现实,它将彻底改变人类的能源格局,为我们带来清洁、高效、经济的未来能源。
