英國和加拿大已就一項聯(lián)合研究計劃達成一致，以解決核聚變行業(yè)面臨的最棘手問題之一——如何生產和加工氚，這是為未來核聚變工廠提供動力所需的極其稀有的氫同位素。

受到清潔、豐富的新能源承諾的吸引，各國政府已向法國南部的 ITER 原型聚變工廠投入了估計 200 億歐元，私人資本也流入了最近激增的私營聚變公司。

但大多數這些項目一旦啟動并運行，都將依賴氚，而氚的天然儲量并不豐富。

英國原子能管理局 (UKAEA) 聚變技術執(zhí)行董事 Stephen Wheeler 表示，全球氚庫存量可能只有 25-30 公斤，價格在每克 30,000-40,000 美元之間。

“這是未來核聚變的一個挑戰(zhàn)，一座發(fā)電廠可能需要多達 10 公斤的重量來進行調試和啟動，”他說。

迫在眉睫的氚短缺問題促使英國原子能機構和加拿大核實驗室 (CNL) 本月同意建立新的合作伙伴關系，以磨練在聚變過程中產生、回收和純化氚的新方法，以便未來的工廠不會耗盡氚。聯(lián)合研發(fā)和人員交流已提上日程。

聚變工業(yè)希望通過開發(fā)“增殖毯”來解決氚短缺問題，這種“增殖毯”是一種鋰包裹物，當受到聚變反應產生的高能中子轟擊時會產生氚。

換句話說，一旦啟動并運行，聚變反應(與為太陽提供動力的過程相同)應該會產生自己的燃料。

CNL 氫和氚技術理事會負責人伊恩·卡斯蒂略 (Ian Castillo) 比較了啟動汽車電池所需的氚。“一旦過去了，原則上就過去了。”

未經證實的過程

這就是理論。實際上，“目前還沒有全尺寸毯子的演示，”惠勒承認。

卡斯蒂略說，這一過程的物理學原理已經得到證實。在生產氚以提高核武器威力的過程中，已經進行了規(guī)模小得多的培育。

但獲得平穩(wěn)的培育和提取周期以持續(xù)為聚變反應提供動力將是一個更令人頭疼的問題。

"他說："更具挑戰(zhàn)性的是，你是否能夠以一種現(xiàn)在可以從毯子中提取氚、清除氚中的所有污染物、將氚回收并在適當的溫度和壓力下將氚放回反應堆的方式來培育氚?卡斯蒂略補充說，第一代核聚變電站要想做到這一點，可能會面臨陡峭的學習曲線。

UKAEA 目前正在開展兩個新項目來測試聚變過程的這一關鍵部分。鋰增殖氚創(chuàng)新 ( LIBRTI ) 計劃將測試增殖材料，而H3AT將模擬如何捕獲、純化氚并將其重新注入聚變反應。

氚管理過程非常復雜，H3AT 需要一座四層樓的綜合設施才能處理 100 克放射性同位素?；堇毡硎荆m然日本、美國、加拿大和歐洲確實存在其他氚處理中心，但 H3AT 預計將成為世界上最大的。

關鍵商品

惠勒說，即使聚變工業(yè)能夠破解氚的增殖和回收問題，它“仍將是一種非常有價值的商品”。這是因為，即使成功的氚增殖過程也可能只會產生少量的剩余物質，從而使聚變工廠只能依賴其他來源來啟動。

這就是加拿大的優(yōu)勢之處。目前，世界上氚的主要來源是一種特殊類型的裂變工廠，即加拿大氘鈾(Candu)反應堆。

出于巧合而不是設計，這些反應堆特別適合收集氚作為副產品。

盡管加拿大在羅馬尼亞、韓國、中國、印度、巴基斯坦和阿根廷建造了少量此類反應堆，但其中大部分反應堆都在加拿大境內，而且最重要的是，加拿大在提取和處理廢氚方面處于世界領先地位。

羅馬尼亞最近才簽署了一份價值2 億美元的合同，為其自己的坎杜工廠建造一座氚提取設施，這也是歐洲第一座工廠。

“這就是協(xié)同效應真正發(fā)揮得淋漓盡致的地方，”英國合作伙伴關系的卡斯蒂略說。“對我們來說，過去 70 年來，研究氫同位素一直是我們的生計。”

如果核聚變成功，這可能會使加拿大成為世界領先的燃料供應國，從而處于獨特的強大地位。

由于人們對能源安全存在更廣泛的擔憂，加拿大政府還承諾翻新許多坎杜反應堆，使它們能夠繼續(xù)運行到 2070 年代，并有望避免令人擔憂的氚供應緊縮。“這是一個游戲規(guī)則的改變者，”卡斯蒂略說。“氚生產能力仍將保留。”

惠勒說，除了這些現(xiàn)有的加拿大反應堆之外，甚至還可以專門建造新的裂變工廠來生產更多的氚。“這是一個未來的商業(yè)機會。”

CNL 在全球范圍內分發(fā)這種氚，但僅用于和平目的。

融合硅谷

在可能引起歐盟關注的評論中，卡斯蒂略表示，加拿大選擇與英國合作，因為它是“融合硅谷……產生融合生態(tài)系統(tǒng)，引進公司并培養(yǎng)員工”。

直到最近，英國的私營核聚變初創(chuàng)企業(yè)數量仍超過任何歐盟國家，盡管去年德國迎頭趕上。美國仍然輕松領先。

卡斯蒂略還指出，UKAEA 是運營托卡馬克聚變反應堆的“唯一可信組織”，該反應堆是牛津附近長期歐洲聯(lián)合環(huán)面 (JET) 項目的一部分。JET 的研究人員(包括來自歐盟的研究人員)本月早些時候聲稱，他們在最近的實驗中打破了新的能源記錄。

與此同時，ITER 目前預計要到 2025 年才能產生第一個等離子體反應，而且由于大流行和施工相關的延誤，即使這個最后期限也可能會推遲。英國去年選擇退出 ITER 的正式成員資格，轉而投資本國的聚變工業(yè)。

卡斯蒂略強調，與 UKAEA 和 ITER 的合作并不“相互排斥”。但加拿大只是ITER的準成員，而不是正式成員。“從某種程度上來說，加拿大在這場聚會上來得有點晚。所以我認為我們還沒有到做出任何進一步承諾的階段，”他說。

對于 CNL 來說，英國成為有吸引力的合作伙伴的第三個因素是其監(jiān)管環(huán)境。它最近批準了一項立法，使核聚變不受圍繞現(xiàn)有裂變工廠的更嚴格的安全規(guī)則的約束。

英國還宣布與美國建立聚變研發(fā)合作伙伴關系，并表示將與華盛頓合作，標準化該技術的全球監(jiān)管。

卡斯蒂略說：“我認為這對加拿大加入這一領先地位將非常有利。”

盡管如此，氚能否成為無價燃料，使加拿大成為全球能源王者，取決于核聚變是否以及何時作為一項技術發(fā)揮作用。許多懷疑論者對私營部門在 2035 年之前將聚變發(fā)電并入電網的雄心勃勃的時間表表示懷疑。

卡斯蒂略的估計有些長：他認為融合電網發(fā)電將在 10-20 年內成為現(xiàn)實。“我想我會看到[這一切發(fā)生]，”他說。