作者：許春陽-中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院研究員
美國能源部日前宣布，國家點火裝置實現了聚變能量首次超過輸入激光能量。這一“里程碑式的成就”引來眾多媒體關注和報道。那么，美國這一突破是否能推動聚變能源取得進展，使聚變發(fā)電成為現實?
這次取得突破的國家點火裝置，實際是美國政府為加深核武器的基礎研究，而投資興建的一座大型慣性約束聚變科研裝置，也是美國推動基礎科學前沿、先進能源技術的科學重器。
美國科學家早在上世紀60年代就提出了利用激光實現慣性約束聚變的初步構思。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室?guī)资陙斫ㄔ炝硕鄠€大型激光設施來推動這方面研究，最高成就是國家點火裝置。原理是將192束紫外線激光束的巨大能量聚集到幾毫米大小的燃料靶腔上，使其內部的氘氚燃料達到極高溫度壓力，發(fā)生聚變反應。
美國國家點火裝置2009年建成，但運行之初就表明，實現能量增益——讓產生的能量大于輸入能量——并非易事。美國科學家十多年來一直在改進技術方案，提升能量產出。這次是聚變反應釋放能量首次超過激光的能量，不過上述能量增益是局部的，從裝置整體考慮則并沒有實現能量增益。由于激光器本身的效率不高，裝置產生2.05兆焦耳激光能量，其實耗費了高達322兆焦耳的電力。因此，這次實驗中聚變反應釋放的能量還不足消耗電力的百分之一。
核聚變能源是人類構想中未來將替代化石能源的“黑科技”，其借助輕核聚變反應釋放能量，又稱“人造太陽”，其燃料近乎取之不盡、用之不竭，并且更加清潔。聚變裝置的核心要求是將聚變燃料保持在上億度高溫，實現起來難度極大，一般認為有兩條主要途徑，即慣性約束聚變和磁約束聚變。近年來，國際聚變技術研發(fā)再度升溫。但客觀評估大多認為，聚變發(fā)電的實用化還需要幾十年。
在慣性約束聚變方面，美國國家點火裝置雖取得史無前例的進步，但距離實用化仍很遙遠。一是，如前所述，整個裝置產生的能量遠遠不及消耗的能量。二是，裝置本身是一座科學實驗裝置，并不考慮如何在一次“點火”之后快速進行下一次“點火”，從而持續(xù)地產生能量，更不能把產生的能量轉換成電力，持續(xù)供給電網。除美國外，法國的兆焦耳激光裝置、我國的“神光III”主機裝置等也屬同類裝置。
磁約束聚變則往往被認為是聚變發(fā)電實用化更加切實可行的途徑。最主要的代表是目前正在由35個國家合作在法國建設的國際熱核聚變實驗堆(ITER)。它歷經多年拖延，目前計劃2035年投入運行。此外，其他一些大型裝置也取得新的進展，如歐洲聯合環(huán)狀反應堆2022年初連續(xù)5秒內產生了59兆焦耳的能量,創(chuàng)下了新的世界紀錄。還有許多新型方案打算利用設計和技術創(chuàng)新，避免像ITER項目這樣成本過高、周期過長的問題，更快實用化。我國不但是ITER項目的主要參與方，還建成了中國環(huán)流器二號M(HL-2M)等大型實驗裝置，目前是全世界聚變研發(fā)支持力度最大的國家之一。
當前，全球面臨的氣候、能源等問題愈發(fā)迫在眉睫，其造成的影響將跨越國界，解決的難度也前所未有。對于聚變能源這個“黑科技”，美國國家點火裝置距離實用發(fā)電還很遙遠，ITER項目歷經技術困難、過大的開支和過長的周期，集諸國之力方才有望實現目標。這顯示出，迎戰(zhàn)最高難度的技術挑戰(zhàn)，加快給未來世界打造新型能源，要求全球各國共同努力。在世界面臨更多動蕩和危機之下，也只有各個國家，特別是有經濟和技術實力的主要國家共同攜手，才能解決全人類面臨的種種難題，保證人類有一個和平、安全的未來。
