核聚變領(lǐng)域取得“里程碑式突破”。當(dāng)?shù)貢r間12月13日，美國能源部宣布，其下屬的勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室科研人員首次成功在核聚變反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了“凈能量增益”，稱這一重大科學(xué)突破將為國防及清潔能源未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

有專家表示，雖然核聚變技術(shù)距離走出實(shí)驗(yàn)室、實(shí)現(xiàn)商用還存在一定距離，但是對于幫助人類實(shí)現(xiàn)零碳排放意義重大，同時，核聚變有望解決核電安全性問題，因此無論是美國還是中國，都在該領(lǐng)域大力投入研究。

零碳的終極能源

勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室首次成功在核聚變反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”，即聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量大于促發(fā)該反應(yīng)的鐳射能量。據(jù)悉，實(shí)驗(yàn)向目標(biāo)輸入了2.05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，產(chǎn)生的能量比投入的能量多50%以上。

核聚變反應(yīng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象，它是恒星的能量來源。當(dāng)氘、氚（氫的同位素）等較輕元素的原子核相遇時，會聚合成較重的原子核，并釋放出巨大能量，這一過程就是核聚變。因?yàn)榕c太陽產(chǎn)生能量的原理相同，一直有零碳能源之稱的核聚變反應(yīng)被稱為“人造太陽”。

“人類利用原子能的方式有核裂變和核聚變兩種。核裂變是將較重的原子核分裂為較輕的原子核并釋放出能量，這在世界各地已經(jīng)實(shí)現(xiàn)廣泛的商業(yè)化應(yīng)用，我們目前的核電站都屬于核裂變的形式。而核聚變則是將較輕的原子核聚合反應(yīng)而生成較重的原子核，并釋放出巨大能量。”廈門大學(xué)中國能源政策研究院助理教授吳微對北京商報記者表示。

由于實(shí)現(xiàn)可控的核聚變需要極為苛刻的條件，目前人類的技術(shù)還無法實(shí)現(xiàn)可控的核聚變。核聚變能也是全世界能源發(fā)展的前沿方向，被視為未來社會的“終極能源”，對于人類擺脫目前地球的能源與環(huán)境危機(jī)困擾意義重大。

耗資35億美元的美國國家點(diǎn)火裝置位于勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室，最初是為了通過模擬爆炸來測試核武器，后用于推進(jìn)聚變能研究。據(jù)美能源部介紹，該實(shí)驗(yàn)室的“國家點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)設(shè)施”是全球最大、能量最高的激光系統(tǒng)，其使用超強(qiáng)激光束來產(chǎn)生與恒星和巨型行星核心以及核武器內(nèi)部相當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫Α?/p>

商用還很遙遠(yuǎn)

物理學(xué)家們從上世紀(jì)50年代就開始致力于證明聚變反應(yīng)可以釋放出比輸入更多的能量。廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長林伯強(qiáng)對北京商報記者表示，核聚變反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”是一項(xiàng)重大的技術(shù)突破，為核聚變發(fā)電在未來的商業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆在一份聲明中稱，這一突破是一項(xiàng)“里程碑式的成就”。這項(xiàng)成果預(yù)計(jì)將可能幫助人類在實(shí)現(xiàn)零碳排放能源的進(jìn)程中邁出關(guān)鍵一步。

美能源部表示，要實(shí)現(xiàn)將方便、可負(fù)擔(dān)的慣性約束核聚變技術(shù)應(yīng)用于為家庭和企業(yè)發(fā)電的目標(biāo)，仍需要進(jìn)行大量先進(jìn)的科學(xué)和技術(shù)實(shí)驗(yàn)。美能源部正在重啟一項(xiàng)慣性約束核聚變發(fā)展計(jì)劃，將與私營部門協(xié)調(diào)合作，推動核聚變商業(yè)化的快速發(fā)展。

不過，實(shí)現(xiàn)“凈能量增益”距離建立“核聚變發(fā)電站”可能還有數(shù)十年。林伯強(qiáng)表示，目前該技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，距離走出實(shí)驗(yàn)室還具有很長一段時間的距離。

吳微認(rèn)為，如果可控核聚變的技術(shù)在未來幾十年能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破，使可控核聚變實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，那么將徹底改變?nèi)祟惖哪茉瓷a(chǎn)與供應(yīng)方式。可控核聚變的燃料成本幾乎可以忽略不計(jì)，同時也不像核裂變發(fā)電一樣可能存在安全風(fēng)險，因此可以部署在任何有需要的地方。

“當(dāng)然，即使是未來可控核聚變能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，但其成本要降低到與其他能源相比具有競爭性仍然有很長的路要走。”吳微說。

勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室主任金·布迪爾（Kim Budil）也表示，如果想將這一成果商業(yè)化，核聚變技術(shù)仍有“重大障礙”需要克服，可能還需要幾十年的努力和投資。

技術(shù)和安全是制約 

核聚變有望成為更安全的核電利用方式。吳微表示，可控核聚變在發(fā)電的過程不會產(chǎn)生核廢料，即使出現(xiàn)嚴(yán)重的事故也不會造成核泄露，因此將能夠解決核電發(fā)展的安全性問題。

“核聚變不會存在核反應(yīng)堆融毀的情況，從本質(zhì)上來說就很安全。簡單來說，核裂變反應(yīng)堆的功能是控制能量釋放的速度，避免其失控；核聚變則相反，它需要創(chuàng)造聚變發(fā)生的條件，假如停止投入聚變?nèi)剂?，或者沒有合適的高溫條件，聚變反應(yīng)自己就停止了。”First Light Fusion的首席財務(wù)官David Byron解釋道。

長期以來，安全問題和技術(shù)問題都限制著核電的發(fā)展。“公眾對于核電的安全問題一直有所顧慮，尤其在日本、歐洲的一些核泄漏事故后，公眾一直對核電安全存疑。”林伯強(qiáng)認(rèn)為，事實(shí)上，核電的安全性和清潔性比風(fēng)電光伏、火力發(fā)電更好，核聚變技術(shù)無論是對于世界還是對于中國，都是推動綠色發(fā)展至關(guān)重要的未來技術(shù)。

在“人造太陽”這一領(lǐng)域，中國也在不斷突破，今年10月，中國人造太陽裝置（HL-2M）等離子體電流突破100萬安培，創(chuàng)造了中國可控核聚變裝置運(yùn)行新紀(jì)錄，我國核聚變研發(fā)距離聚變點(diǎn)火也邁進(jìn)了一步。我國第四代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置東方超環(huán)（EAST），實(shí)現(xiàn)加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲能增加到300千焦，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度。

“總體來看，我國經(jīng)過這么多年發(fā)展，聚變能科學(xué)可行性已經(jīng)被證實(shí)，完成了80%以上的關(guān)鍵技術(shù)積累。可以在國家和社會的大力支持下，快速推動中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)與運(yùn)行，有望未來30-50年實(shí)現(xiàn)聚變能實(shí)際應(yīng)用。”中科院合肥研究院等離子體物理研究所副所長胡建生表示。

北京商報記者 方彬楠 袁澤睿