日期:2023/12/03   IAE

人造恒星产生清洁、廉价、几乎取之不竭的电力。就像 Wakanda 的振金一样，听起来好得令人难以置信。但这正是一些在不断增长的私人资金支持下的科学家认为，核聚变最早可以在下个十年实现的。

持怀疑态度的人会指出，从事核聚变研究的科学家们一直声称距离核聚变还有十年的时间，这比十年要长得多。我们已经拥有可以从太阳、风和海浪中产生清洁、廉价和无限电力的技术。

但是，虽然他们不质疑可再生能源投资的紧迫性或仍有障碍需要克服，但核聚变的倡导者可以指出最近的科学突破。他们认为明星效应可以帮助世界获得和远离化石燃料，尤其是在本世纪中叶和末期。

聚变工业协会的一项调查发现，2021 年至 2022 年间，用于核聚变研究的资金增加了一倍多，达到 48 亿美元，其中绝大多数来自私人来源。

这些融合企业越来越有信心。在接受调查的公司中，93% 的人认为聚变产生的电力将在 2030 年代或之前并入电网，在 2021 年同一问题上增加了 10%。

资金支持者包括雪佛龙和埃尼等化石燃料公司、美国科技巨头谷歌和日本企业集团住友。

矽谷的风险资本家也押注于此，例如科技投资者萨姆奥特曼、亚马逊老板杰夫贝佐斯和唐纳德特朗普支持的亿万富翁彼得泰尔。

什么是核聚变？

当我们谈论核电站和核弹时，我们指的是核裂变。那就是将一个原子核一分为二，产生大量能量，你可以用它来旋转涡轮机来发电，或者在爆炸中释放出来。

核聚变通过将氢核碰撞在一起产生热量并旋转涡轮机来发电来产生能量。减去涡轮机，这就是太阳和其他恒星产生能量的方式，为地球上的生命提供动力。麻省理工学院 (MIT) 核聚变教授丹尼斯·怀特表示，追求核聚变就是聆听“大自然”。

“倾听她的声音非常重要，”他在 TED 演讲中说。 “她已经告诉我们聚变是宇宙的动力源泉。”

它什么时候启动并运行？

核聚变开发商的时间表各不相同。

Whyte 与之合作的 Commonwealth Fusion Systems 希望在 2025 年建立并运行一个示范工厂，并在 2030 年代初期向电网出售电力。

美国政府正在与私营公司合作，计划在 2030 年前后获得试点工厂。一份政府赞助的 2021 年报告更为保守，指出 2035-40 年是一个合理的目标。

主要由欧盟资助的 Iter 计划到 2050 年产生“工业规模”的聚变能源。

Iter 的一位发言人告诉 Climate Home，他们在 2 月份取得了突破，当时英国的联合欧洲环面 (JET) 聚变机产生了创纪录的能量。

虽然这种能量只够煮沸 60 个水壶，但发言人表示，这证明了与 Iter 类似的机器 JET 的工作符合预期。

“这表明，如果我们根据设计成功建造 Iter，Iter 机器将按预期运行 - 或更好，”发言人说。

英国脱欧后新成立的高级研究与发明局 (ARIA) 希望通过在 2040 年之前将聚变能源并网来击败 Iter。

中国也有聚变计划。

干净吗？

有点儿。燃烧化石燃料会产生温室气体，而聚变反应只会排放氦气。这不会导致气候变化，而且吸入是安全的。数以百万计的父母让他们的孩子吸入它以用有趣的高音说话。

与核裂变一样，核聚变会产生放射性物质，必须储存这些物质直到放射性消失。

佐治亚理工大学核工程教授 Shaheen Dewji 淡化了对这种废物的担忧。

她说，“活性成分”将“易于管理”和“不可分散（即金属片）”，这意味着它们不会造成危险的辐射。她表示，核工业在处理此类废物方面拥有“丰富的经验”。

核聚变倡导者说废物不是“长寿的”，但究竟有多长？

Iter 说它可以在 100 年内回收或再利用，马克斯普朗克研究所说在 100-500 年后，放射性会下降到与煤灰相似的水平。

这类似于核裂变工业的说法——虽然他们的废料“在几十万年内具有弱放射性，但可能导致健康问题的废料主要成分的放射性会在几年内衰减到安全水平一百年”。

安全吗？

是的。俄克拉哈马大学的研究表明，美国人将“核能”与“危险”、“辐射”和“爆炸”等词联系在一起。

他们在这里想到的是核裂变，它在美国轰炸广岛和长崎以及切尔诺贝利核电站爆炸时造成了大规模破坏。

但是，撇开关于裂变安全性的争论不谈，聚变的动力学是完全不同的。

核裂变反应堆必须保持低温。切尔诺贝利、福岛和三哩岛核事故都是冷却失败的结果。同样，目前对乌克兰 Zaporizhzhia 电厂的担忧是冷却系统将被禁用。

相比之下，核聚变反应堆必须保持高温，大约 1 亿摄氏度。如果加热系统关闭，反应就会完全熄灭。

Dewji 说：“原则上，由于发生聚变反应所需的条件，聚变在本质上比裂变更安全（裂变仍然是安全的）。”

建起来便宜吗？

还没有。 30,000 名建筑工人全天候 24 小时为 Iter 在法国南部建造一座聚变反应堆。它估计耗资 200 亿欧元（200 亿美元），原定于 2016 年开放。

怀特在麻省理工学院的学生取得了突破，他说这将使反应堆变得更小、成本更低、建造速度更快。

要获得强大的反应堆，您必须保持其中的物质（等离子体）稳定。太阳通过其巨大的尺寸产生自己的磁场来做到这一点。

为了在地球上做到这一点，聚变反应堆使用强大的甜甜圈形磁铁。磁铁越强大，反应堆就越强大。

但是磁铁的功率是有限的，因为它们依靠通过铜线传输的电力运行。如果磁铁打开超过几秒钟，电流会烧掉铜。

怀特向他的麻省理工学院学生提出了这个问题，他们想出了用不会加热的超导体材料代替铜的解决方案。

使用这些超导体，麻省理工学院的一个名为 Commonwealth Fusion Systems 的衍生公司希望制造更强大的磁铁来利用等离子体。

由于它们更强大，磁铁可以比 Iter 的 17 米高的磁铁更小，反应堆也更小、更便宜、建造起来更快。

跑步便宜吗？

流行吗？

现在说还为时过早。俄克拉荷马大学研究公众对核裂变看法的库希卡·古普塔 (Kuhika Gupta) 告诉气候之家，“大多数人都会对聚变的想法持开放态度”。

她预测支持将类似于所谓的“先进裂变”反应堆的水平，这些反应堆比现有的核裂变反应堆更受欢迎。

“很多这些最初的观点都是基于技术乐观主义和积极的创新理念，”她说，“但随着技术的发展以及支持和反对核聚变的倡导联盟的形成，我们可以预期这些最初的观点会发生转变。”

一些核聚变支持者想将其称为“聚变技术”，以避免“核”一词的负面含义。