依靠恒星的動力來滿足我們的能源需求

編譯 無機客

核聚變能源產業能帶來人類歷史大突破，意義堪比人類掌握了電力的使用。

我們稱為核聚變的過程能在宇宙某處產生大量能量。倘若你想要證據，你只需要看一下夜空：夜空中的每個亮點都是一臺天然的核聚變動力反應堆。幾十年來，科學家一直試圖將恒星的動力源帶到地球上，而在2022年2月公布的一項令人震驚的研究結果中，位于牛津郡的卡勒姆聚變能中心，在激發和維持迷你恒星領域，已經達成新的里程碑。

歐洲聯合環狀反應堆（或者稱為JET）是一臺甜甜圈形狀的機器。該項目的科學家將上一個核聚變反應釋放能量的世界紀錄（創立于1997年）翻了一番。實驗進行時，聚變能的輸出功率相當于4臺陸上風力發電機——這是工業規模電力生產目標邁出的一大步。

為了配合JET的設計方案和目標，聚變產生的動力少于加熱燃料所需的能量。實際上，還未有哪個實驗實現聚變生成的能量多過啟動反應所用的能量——這依然是全球各地核聚變科學家未實現的目標。最近的研究結果非常有說服力地指出：更大更好、工作原理與Jet類似的恒星機——譬如國際資助、目前在法國建設的“國際熱核聚變實驗反應堆”（ITER）項目——將能夠產出比消耗量更多的動力。

同樣重要的是，雖然這次實驗僅僅持續五秒鐘，但聚變反應的停止不是因為燃料內部的破裂（這是之前實驗中的典型原因），而是因為輔助設備變得過熱。低溫冷卻系統會在下一代機器中避免這種情況，所以從五秒鐘到五分鐘、五小時乃至更久的躍升在如今看來是可行的。

聚變能具備為整個行星提供清潔能源的潛力。假如能將它予以完善，那么會有充足的燃料，地球上每個人每年可用的能源相當于普通美國人的水平，并持續至少數千年，而且很可能是數百萬年。這種動力形式不會產生二氧化碳，也不會產生長期有害的放射性廢料，絕不可能發生切爾諾貝利核電站和福島第一核電站那樣的堆芯熔毀事故。

你也許在尋思，為何核聚變能源的難題尚未被攻克？恒星的內部進行著核聚變反應，再現與恒星內部相似的條件是個令人膽怯的技術挑戰，或許是人類面臨過的最大挑戰。聚變機必須達到比太陽核心高4倍到10倍的溫度。在JET上，要控制和約束燃料，需要動用比地球磁場強8萬倍的不可見磁場網絡。燃料本身是一團渦動的荷電粒子，它容易受到不穩定性的影響，只要幾毫秒就會暫停反應。

但核聚變科學家好運連連。2021年8月，一位美國實驗物理學家極其接近核聚變領域最受期待的目標，即讓產生的能量比投入的能量更多。盡管總能量微不足道，僅是JET創下的新紀錄的1/60，但美國的研究設施擊敗了它自身在2018年創下的記錄，為舊記錄的23倍。12月，中國的“先進實驗超導托卡馬克實驗裝置”（EAST）在1.5億攝氏度下控制物質達到1 000秒——盡管并沒有加入最終商業化反應堆會需要的特殊類型的氫燃料。與此同時，私營核聚變產業正在萌芽：在2021年的最后3個月里，該行業的總投資額翻了一番多，達到42億美元。卡勒姆聚變能中心的實驗已經向全世界展示，從聚變反應獲得持續的高功率輸出是可以實現的。

盡管有這股前進的勢頭，但在核聚變為你家供能之前，還有一段路要走。就連最為闊綽的私營核聚變公司都僅僅許諾到2025年建立一家試驗工廠，至于公共資金資助的實驗室，按照當前的計劃，在未來三十年內不會見到來自核聚變的電力并入電網。為了抗擊氣候災難，我們需要大規模的核裂變和可再生能源，而且是越快越好。

盡管如此，現在還是該為恒星動力而激動。一直以來，人類財富增加和繁榮發展的關鍵在于科學和技術。假如核聚變的能量能成功地輸出，那么這會成為人類歷史的里程碑事件，近似于人類采用電力或動力飛行的發明。因為我們對于清潔能源的需求強烈，聚變能誕生得越早越好。然而，不考慮它在何時出現，依然有大量有用的信息。和任何一種技術一樣，進展并不隨著歲月推移而出現，而是隨著投資和社會意志而出現。假如上述兩個要素齊全，核聚變就能比我們預期的更快出現。不管準確的時間線是怎樣的，過去幾個月的進展讓人想到，恒星動力的未來十分光明。

資料來源TheGuardian