日期:2022/12/04   IAE

美國和歐洲的科學家在創造自持核聚變能源的道路上取得了新的里程碑。

美國和歐洲的科學家在創造自持核聚變能源的道路上取得了新的里程碑。
核聚變發生在太陽和其他恆星中，涉及將兩個原子核結合成一個更大的原子核。
聚變能為子孫後代提供了幾乎取之不盡用之不竭的能源前景——但仍有一段路要走。
英國科學家創造了核聚變能量的新記錄——比之前的記錄翻了一番還多。

研究人員表示，他們於 2022 年 2 月在牛津附近卡勒姆的一個設施中獲得了 59 兆焦耳的持續聚變能——與為包括太陽在內的恆星提供動力的過程相同。

英國原子能管理局局長伊恩·查普曼 (Ian Chapman) 將其描述為具有里程碑意義的事件，它讓研究人員更接近於征服科學中最大的挑戰之一。他們說，它超過了 1997 年達到的略低於 22 兆焦耳的總能量。

科學家們警告說，仍需要多年的工作，迄今為止取得的能量水平並不高。例如，最新實驗產生的能量足以燒開大約 60 壺水。

查普曼說：“我們正在積累知識並開發提供低碳、可持續的基本負荷能源所需的新技術，這有助於為子孫後代保護地球。” “我們的世界需要聚變能。”

在此之前，美國於 2022 年 1 月底通過了另一個里程碑。利用世界上最大的激光器，科學家們首次誘導聚變燃料自身加熱到超過它們所產生的熱量，從而實現了一種稱為燃燒等離子體的現象標誌著向自持核聚變能源邁出了一大步。

究竟什麼是核聚變？
我們目前的核電站使用核裂變——本質上是分裂原子核。

核聚變發生在太陽和其他恆星中，涉及將兩個原子核結合成一個更大的原子核。 這兩種反應都會釋放大量能量，但核聚變的能量產量非常高，核廢料產量非常低。

當兩個輕原子結合或融合形成一個較重的原子時，就會發生聚變。 新原子的總質量小於形成它的兩個原子的總質量； 正如阿爾伯特·愛因斯坦著名的 E=mc2 方程所描述的那樣，“丟失”的質量以能量的形式釋放出來。

核聚變是清潔能源的聖杯。

核聚變有幾種“配方”，它們依賴於不同的原子組合。

當今地球上最有前途的能量組合是氘原子與氚原子的聚變。該過程需要大約 7200 萬華氏度（3900 萬攝氏度）的溫度，產生 1760 萬電子伏特的能量。

氘是一種很有前途的成分，因為它是氫的同位素。反過來，氫是水的關鍵部分。一加侖海水（3.8 升）可以產生與 300 加侖（1,136 升）汽油一樣多的能量。

將核聚變理論付諸實踐
雖然核聚變能源為子孫後代提供了幾乎取之不盡用之不竭的能源前景，但它也帶來了許多迄今為止無法克服的科學和工程挑戰。

在太陽中，巨大的引力為恆星核心的核聚變創造了合適的條件，但在地球上卻很難實現。

聚變燃料——氫的不同同位素——必須被加熱到大約 5000 萬攝氏度的極端溫度，並且必須在高壓下保持穩定，並且必須足夠緻密並被限制足夠長的時間以使原子核聚變。

在最新的實驗中，歐洲聯合項目 JET 的核聚變反應在五秒鐘內產生了 59 兆焦耳的能量。以功率單位表示，五秒內的平均功率剛好超過 11 兆瓦。之前的記錄是 22 兆焦耳，相當於 5 秒內的平均 4.4 兆瓦。

負責這項研究的 EUROfusion 小組的項目經理 Tony Donne 說，結果表明科學家們走在了正確的道路上。

多恩說：“如果我們能將核聚變維持五秒鐘，那麼隨著我們在未來的機器中擴大我們的運作，我們可以維持五分鐘，然後再維持五小時。”

馬克斯普朗克等離子體物理研究所的科學主任 Sibylle Gunter 表示，該結果將有助於在該項目上線時為法國南部更大規模的 ITER 實驗提供信息。 目前正在建設中。 ITER是一個由中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國支持的聚變研究項目。

實用的核聚變能源和取之不盡用之不竭的能源時代可能終於要來了。