依靠恒星的动力来满足我们的能源需求

编译 无机客

核聚变能源产业能带来人类历史大突破，意义堪比人类掌握了电力的使用。

我们称为核聚变的过程能在宇宙某处产生大量能量。倘若你想要证据，你只需要看一下夜空：夜空中的每个亮点都是一台天然的核聚变动力反应堆。几十年来，科学家一直试图将恒星的动力源带到地球上，而在2022年2月公布的一项令人震惊的研究结果中，位于牛津郡的卡勒姆聚变能中心，在激发和维持迷你恒星领域，已经达成新的里程碑。

欧洲联合环状反应堆（或者称为JET）是一台甜甜圈形状的机器。该项目的科学家将上一个核聚变反应释放能量的世界纪录（创立于1997年）翻了一番。实验进行时，聚变能的输出功率相当于4台陆上风力发电机——这是工业规模电力生产目标迈出的一大步。

为了配合JET的设计方案和目标，聚变产生的动力少于加热燃料所需的能量。实际上，还未有哪个实验实现聚变生成的能量多过启动反应所用的能量——这依然是全球各地核聚变科学家未实现的目标。最近的研究结果非常有说服力地指出：更大更好、工作原理与Jet类似的恒星机——譬如国际资助、目前在法国建设的“国际热核聚变实验反应堆”（ITER）项目——将能够产出比消耗量更多的动力。

同样重要的是，虽然这次实验仅仅持续五秒钟，但聚变反应的停止不是因为燃料内部的破裂（这是之前实验中的典型原因），而是因为辅助设备变得过热。低温冷却系统会在下一代机器中避免这种情况，所以从五秒钟到五分钟、五小时乃至更久的跃升在如今看来是可行的。

聚变能具备为整个行星提供清洁能源的潜力。假如能将它予以完善，那么会有充足的燃料，地球上每个人每年可用的能源相当于普通美国人的水平，并持续至少数千年，而且很可能是数百万年。这种动力形式不会产生二氧化碳，也不会产生长期有害的放射性废料，绝不可能发生切尔诺贝利核电站和福岛第一核电站那样的堆芯熔毁事故。

你也许在寻思，为何核聚变能源的难题尚未被攻克？恒星的内部进行着核聚变反应，再现与恒星内部相似的条件是个令人胆怯的技术挑战，或许是人类面临过的最大挑战。聚变机必须达到比太阳核心高4倍到10倍的温度。在JET上，要控制和约束燃料，需要动用比地球磁场强8万倍的不可见磁场网络。燃料本身是一团涡动的荷电粒子，它容易受到不稳定性的影响，只要几毫秒就会暂停反应。

但核聚变科学家好运连连。2021年8月，一位美国实验物理学家极其接近核聚变领域最受期待的目标，即让产生的能量比投入的能量更多。尽管总能量微不足道，仅是JET创下的新纪录的1/60，但美国的研究设施击败了它自身在2018年创下的记录，为旧记录的23倍。12月，中国的“先进实验超导托卡马克实验装置”（EAST）在1.5亿摄氏度下控制物质达到1 000秒——尽管并没有加入最终商业化反应堆会需要的特殊类型的氢燃料。与此同时，私营核聚变产业正在萌芽：在2021年的最后3个月里，该行业的总投资额翻了一番多，达到42亿美元。卡勒姆聚变能中心的实验已经向全世界展示，从聚变反应获得持续的高功率输出是可以实现的。

尽管有这股前进的势头，但在核聚变为你家供能之前，还有一段路要走。就连最为阔绰的私营核聚变公司都仅仅许诺到2025年建立一家试验工厂，至于公共资金资助的实验室，按照当前的计划，在未来三十年内不会见到来自核聚变的电力并入电网。为了抗击气候灾难，我们需要大规模的核裂变和可再生能源，而且是越快越好。

尽管如此，现在还是该为恒星动力而激动。一直以来，人类财富增加和繁荣发展的关键在于科学和技术。假如核聚变的能量能成功地输出，那么这会成为人类历史的里程碑事件，近似于人类采用电力或动力飞行的发明。因为我们对于清洁能源的需求强烈，聚变能诞生得越早越好。然而，不考虑它在何时出现，依然有大量有用的信息。和任何一种技术一样，进展并不随着岁月推移而出现，而是随着投资和社会意志而出现。假如上述两个要素齐全，核聚变就能比我们预期的更快出现。不管准确的时间线是怎样的，过去几个月的进展让人想到，恒星动力的未来十分光明。

资料来源TheGuardian