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【能源廣角】“人造太陽(yáng)”商業(yè)化之路仍很漫長(zhǎng)

2022-12-22 09:45 來(lái)源:中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)-經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)

  長(zhǎng)期以來(lái),可控核聚變被認(rèn)為是“人類的終極能源”。近日,美國(guó)能源部宣布,科研人員在勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了核聚變“點(diǎn)火”,即核聚變實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的能量多于用于驅(qū)動(dòng)核聚變的激光能量。美能源部稱這一“重大科學(xué)突破”將為國(guó)防及清潔能源未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。據(jù)此,有觀點(diǎn)認(rèn)為,“可控核聚變很快就能商業(yè)化”“風(fēng)電、光伏等新能源即將被核聚變替代”。實(shí)際上,從這次實(shí)驗(yàn)到核聚變商業(yè)化的路途仍很漫長(zhǎng)。

  為何說(shuō)核聚變技術(shù)對(duì)人類至關(guān)重要?我們都知道“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”,地球上埋藏的煤炭、石油等化石能源實(shí)質(zhì)上也是遠(yuǎn)古生物儲(chǔ)存的太陽(yáng)能,水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源同樣是通過(guò)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái),而太陽(yáng)的能量正是來(lái)源于核聚變。簡(jiǎn)單說(shuō),核聚變就是兩個(gè)輕原子在高溫高壓的環(huán)境下相撞,聚合成一個(gè)重原子,在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量損失。根據(jù)愛(ài)因斯坦標(biāo)志性的質(zhì)能方程,能量等于質(zhì)量乘以光速的平方,由于光速值巨大,即使較小的質(zhì)量損失也會(huì)轉(zhuǎn)化為巨大的能量爆發(fā)出來(lái)。

  如果可以駕馭核聚變的能量,人類文明有望進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段。當(dāng)前,人類已經(jīng)掌握了可控核裂變技術(shù),在核裂變中一個(gè)原子會(huì)分裂成更小的粒子并放出能量,已經(jīng)廣泛應(yīng)用的核能發(fā)電就是利用的這一技術(shù)。跟裂變相比,核聚變擁有更多優(yōu)勢(shì):作為核聚變?cè)希诘厍蛏系暮肯喈?dāng)豐富,易于提取。根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),地球上的氘產(chǎn)生的聚變能量夠人類使用900億年。同時(shí),可控核聚變能在自然條件下穩(wěn)定反應(yīng),簡(jiǎn)單可控,具備本質(zhì)安全。核聚變反應(yīng)過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生輻射,核廢料也幾乎沒(méi)有放射性,不存在核泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

  更重要的是,核聚變釋放的能量是核裂變的數(shù)倍。理論上,只需要幾克氘和氚的混合反應(yīng)物,就有可能產(chǎn)生上萬(wàn)億焦耳的能量,這相當(dāng)于一個(gè)普通人一生所需的能量。如果我們可以模擬這個(gè)反應(yīng)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)“人造太陽(yáng)”,便可一勞永逸解決能源問(wèn)題。單從技術(shù)上而言,人類很早就實(shí)現(xiàn)了核聚變,氫彈就是不可控的聚變反應(yīng)。盡管如此,在此后70年的時(shí)間內(nèi),人類在可控核聚變方面卻始終進(jìn)展緩慢。其中最大的難題是如何控制和約束核聚變反應(yīng),因?yàn)楹司圩冃枰跇O高的溫度和壓力條件下才能進(jìn)行,而地球上尚沒(méi)有任何化學(xué)物質(zhì)能夠達(dá)到要求。

  當(dāng)前可控核聚變主要分為兩條技術(shù)路徑。其中之一是高功率激光作為驅(qū)動(dòng)器的慣性約束核聚變,代表就是美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置。不可否認(rèn),美國(guó)裝置此次“點(diǎn)火”從科學(xué)層面上證明了可控核聚變有望為人類提供能量來(lái)源,而不只是一個(gè)耗電器。但其離商業(yè)化運(yùn)用還有很大距離,其產(chǎn)生的能量?jī)H相當(dāng)于燃燒一小堆木柴,也無(wú)法做到連續(xù)輸出能量,如果計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)能量消耗,仍舊遠(yuǎn)大于裝置產(chǎn)出的能量。對(duì)于規(guī)模化能源生產(chǎn),這種試驗(yàn)并無(wú)重大意義。

  在可控核聚變領(lǐng)域,有個(gè)著名的“50年悖論”,即在科技界的預(yù)言中,距離實(shí)現(xiàn)可控核聚變永遠(yuǎn)只有50年。不僅達(dá)到真正意義上可控、持續(xù)的核聚變難度極大,一項(xiàng)新的能源技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化的周期也很漫長(zhǎng)。據(jù)歷史學(xué)家魯?shù)稀の譅柕倏甲C,“1900年在美國(guó)生產(chǎn)的4192輛汽車中,有1681輛是蒸汽汽車,有1575輛是電動(dòng)車,只有936輛是用了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車”。100多年過(guò)去,電動(dòng)汽車雖然逐漸被人們所認(rèn)可,但市場(chǎng)占比竟遠(yuǎn)未達(dá)到問(wèn)世之初的地位。可見,在實(shí)現(xiàn)碳中和的道路上,已進(jìn)入成熟階段的風(fēng)電、光伏等新能源依然是主力之選。

  從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的周期來(lái)看,可控核聚變是人類可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略儲(chǔ)備技術(shù)。一旦獲得突破,我們將擁有廉價(jià)、安全、清潔的能源,地球環(huán)境得到極大改善,經(jīng)濟(jì)建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)效率大幅提升,甚至星際旅行成為可能。早在20世紀(jì)50年代,我國(guó)也開始了可控核聚變的研究。目前,我國(guó)研究機(jī)構(gòu)已建成相關(guān)裝置,研究走在了世界前列。下一步,應(yīng)繼續(xù)加大可控核聚變的投資研發(fā)力度,加強(qiáng)國(guó)際合作、技術(shù)共享,推動(dòng)核聚變商業(yè)化快速發(fā)展。(本文來(lái)源:經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào) 作者:王軼辰)   

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【責(zé)任編輯:王軼辰 席田亮】

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