歐核聚變實驗創新紀錄，迷你版“人造太陽”成功科學家：解決清潔能源問題不是夢

長期以來，核聚變一直被視為是取之不竭的清潔安全能源選項，被科學家稱為“最有可能解決氣候危機的方法”。

核聚變概念的出現可以追溯到20世紀20年代，此後科學家們一直在這一領域不斷深入探索。

據外媒報道，當地時間2月9日，歐洲核聚變研發創新聯盟（EUROfusion）、英國原子能管理局（UKAEA）和國際熱核聚變實驗堆（ITER）當日召開聯合新聞釋出會稱，歐洲聯合環狀反應堆（JET）在5秒內產生了能量輸出為59兆焦耳的穩定等離子體，是1997年類似實驗中的兩倍之多。這也是自1997年以來，世界首次進行的氘氚核聚變實驗。據悉，這次實驗是在英國卡勒姆聚變能源中心（CCFE）進行的。

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核聚變反應堆：具有疊加等離子體的JET內部。圖源：英國原子能管理局（UKAEA）

據瞭解，JET堪稱目前世界上最大的核聚變專案、國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃（“人造太陽”）的“迷你版”，其產生的核聚變能量相當於一臺風力渦輪機，可以為一棟房子提供一天的能源。如果反覆進行核聚變，產生的能量還可以為整個城市成千上萬的房屋供電。

科學家們表示，此次實驗結果表明透過核聚變發電是可能的，解決氣候危機也不再是白日夢。

核聚變：未來能源問題的終結者

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最新報告顯示，世界必須在十年內將其溫室氣體排放量減少近一半，並在2050年前達到零淨排放，以控制全球變暖。這意味著人類要迅速減少對化石燃料的使用。而透過核能是目前最可靠的低碳能源之一。

據報道，核能目前佔世界發電量的10%左右。美國和英國大約20%的電力來自核能。而在法國，核能發電量佔總發電量的70%。勞斯萊斯執行長湯姆·薩姆森（Tom Samson）表示，如果一個國家沒有核電，就無法實現二氧化碳淨零目標。

然而，目前人們所使用的核能屬於核裂變，這一過程中產生的廢物可能在數萬年內保持放射性，存在潛在危險。而核聚變指兩個或更多的原子透過融合，在此過程中會釋放出巨大的能量，被視為最有可能解決氣候危機的能源獲取方法。因模仿太陽上發生的核聚變，核聚變發電被稱為“人造太陽”。

↑JET被視為全球最大核聚變專案ITER的“彩排”。

據悉，為過渡到國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，此次JET實驗使用的核聚變燃料是元素氘和氚，它們都是氫元素的同位素。這些元素能從海水中提取出來，並很有可能用於商業規模的核聚變。從儲量上看，地球上的核聚變燃料，能滿足人類未來很長時期對能源的需求。據悉，海水中大約每6500個氫原子中就有一個氘原子，海水中氘的總量約45萬億噸。

每1立方千米海水中氘原子所具有的潛在能量相當於燃燒13600億桶原油的能量，這個數字約為地球上蘊藏的石油總儲量。按世界消耗的能量計算，海水中氘的聚變能可用幾百億年。氚元素則可以由鋰製造。地球上鋰的儲量雖比氘少得多，但也有兩千多億噸。

劍橋大學工程系的託尼（Tony Roulstone）在接受外媒採訪時表示：“人類能從氘和氚中獲得巨大的能量。滿足英國一天的供電總需求只需要0。5噸氘。”託尼還介紹說，JET產生的核聚變能量相當於一臺風力渦輪機，可以為一棟房子提供一天的能源。如果反覆進行核聚變，產生的能量還可以為整個城市成千上萬的房屋供電。

英國原子能管理局執行長伊恩·查普曼（Ian Chapman）表示，這次突破具有里程碑式的意義。帝國理工學院核材料研究員馬克·溫曼（Mark Wenman）在一份宣告中表示，這次的實驗結果是“令人興奮的”，這表明核聚變能源不再只是遙不可及的夢想。他說：“使核聚變成為有用的清潔能源在不久的將來是很有可能實現的。”

面臨的挑戰：耐高溫裝置研發和商業化

儘管核聚變實驗的成功是個好訊息，但是核聚變何時才能商業化，並投入大規模使用，還存在著巨大的不確定性。英國國家核聚變研究實驗室卡勒姆聚變能源中心（CCFE）主任史蒂文·考利 （Steven Cowley）指出，現在核聚變還面臨兩項重大的難題。

首先，實現核聚變的條件是非常苛刻的。史蒂文介紹說，核聚變所需的燃料氘和氚必須保持在2億華氏度（約1億攝氏度，太陽中心的溫度約為2000萬攝氏度），直到它們融合。而建造一個能在如此高溫下執行的裝置並不容易，目前位於英國的歐洲聯合環狀反應堆（JET）能做到這點。

史蒂文表示，現在在科學方面面臨的主要挑戰是延長核聚變的持續時間，並提高核聚變的功率，降低核聚變電力的生產成本。

↑ITER專案

“我們現在正在努力解決這一問題。由歐盟成員國、美國、中國和俄羅斯等多國政府支援建設的位於法國南部卡達拉奇的國際熱核聚變實驗堆（ITER）預計將於2030年實現核聚變燃燒。”史蒂文解釋道，ITER能實現持續性核聚變燃燒，這將是證明核聚變能夠在21世紀下半葉成為可靠的能源來源的最後一步。

除了科研方面的困難，如何使核聚變商業化，並大規模使用也是現在人類所要面臨的問題。史蒂文教授說：“我們的目標是，未來商業性核聚變電站能夠在競爭激烈的的市場中持續地提供電力。” 他指出，想要實現這一目標，就要在電力轉換、結構材料等領域取得新的進步。

據報道，世界能源市場每年產值約為5-10萬億歐元，而每年用於能源研究的總支出約為這一數字的0。5%，而包括ITER在內的核聚變研究每年投入金額才不到15億歐元。史蒂文稱，我們現在必須嚴肅對待氣候變化和能源短缺的威脅，“雖然當下全球經濟下行嚴重，可供投資的資源也很有限，但是如果不投資能源領域，無疑是自取滅亡。”

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紅星新聞記者 範旭 實習記者 黎謹睿

編輯 張尋