觀察員
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美國宣布首次實現核聚變凈能量增益，距離商業(yè)化還有多遠？
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李澤西歡迎一切建議和意見 lizexi@guancha.cn
最后更新: 2022-12-14 13:40:00
【文/觀察者網 李澤西】
“這一重大科學突破，是我們走向清潔能源未來的一個里程碑?！?
當地時間12月13日，美國能源部宣布，其下屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的一個團隊，12月5日在國家點火設施（下稱“NIF”）進行了歷史上第一次可控核聚變實驗，實現了“核聚變點火”(fusion ignition)，該反應產生的能量超過所消耗的能量。
“這是一個醞釀了幾十年的公告，”美國能源部稱，這一突破將永遠改變清潔能源和美國國防的未來。
NIF資料圖
定量是否“實現”了可控核聚變的判斷標準，是看核聚變裝置輸出的能量與輸入的能量的比例，稱為Q值。如果Q≤1，即產出的能量不及輸入的能量，對于科學研究還是有意義的，但核聚變還是在耗費其他能源來源，顯然無法為人類提供能量。如果輸出的能量超出輸入的能力，則Q>1，核聚變理論上被認為“實現了”，可能可以開始為人類發(fā)電了。
美國能源部透露，NIF投入了205萬焦耳能量，使大約4%核聚變燃料產生反應，產出了315萬焦耳能量，Q值大約達1.5。
但僅僅因為設計出一種能量增益的聚變反應，并不意味著人類發(fā)電方式的任何有意義的變化即將到來。有分析稱，美國此次只是在實驗室進行的原理驗證水平上的成功，發(fā)出的電量實際上只是“相當于燒開10壺水”。而要想真正獲得商用價值，其產出-輸入比還需要提高約100倍。
實際上，NIF的激光實際上每次試驗背后都需要超過3億焦耳，給電容器充電，以及運行其他所需設備。
中國科學技術大學副研究員，風云學會會長袁嵐峰指出，只有當Q達到10，核聚變才有商業(yè)價值，因此NIF此次成果只能被理解為一個階段性成果。
在發(fā)布會上，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室主任金伯利·布迪爾（KimberleyBudil）也坦承，要實現商業(yè)核聚變發(fā)電，還需要做“許多事情”，其中就包括“每分鐘產生許多次核聚變點火”，這一過程可能還要花幾十年。她表示，NIF目前使用的激光技術“基于1980年代”，下一步需要升級相關設施，簡化流程以提高其可重復性，未來每次可產生“數億焦耳”能量。
凈能量增益聚變反應之所以如此難以捉摸，其原因在很大程度上是因為科學家必須在實驗室中產生極端條件才能使反應發(fā)生。通常，需要使用巨大的激光器將氫的同位素加熱到數百萬攝氏度的溫度。然后，產生的等離子體被限制在極高的壓力下，導致同位素以足夠的力量聚集在一起，使它們融合成不同的元素。當它們融合成不同的元素時，則以熱量的形式釋放出能量。
NIF使用的環(huán)空器，用于裝核聚變燃料（圖源：NIF）
中國科學技術大學等離子體物理與聚變工程系副主任吳征威向觀察者網表示，美國建設NIF的初衷不是為了發(fā)電，而是為了模擬核爆炸。他認為，NIF目前還沒有針對連續(xù)獲取聚變產生熱量的完整設計；在走向未來的潛在商業(yè)化途中，NIF采用的技術方案需要考慮激光等設施本身高昂的建設和運行成本。
美國能源部“核聚變點火”消息發(fā)布之際，拜登政府正致力于發(fā)展清潔發(fā)電，并且特別強調了聚變能源，最近美國通過的《降低通貨膨脹法》為該領域的研究提供了大量資金。
- 責任編輯: 李澤西
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