作者：許春陽(yáng)-中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院研究員
美國(guó)能源部日前宣布，國(guó)家點(diǎn)火裝置實(shí)現(xiàn)了聚變能量首次超過(guò)輸入激光能量。這一“里程碑式的成就”引來(lái)眾多媒體關(guān)注和報(bào)道。那么，美國(guó)這一突破是否能推動(dòng)聚變能源取得進(jìn)展，使聚變發(fā)電成為現(xiàn)實(shí)?
這次取得突破的國(guó)家點(diǎn)火裝置，實(shí)際是美國(guó)政府為加深核武器的基礎(chǔ)研究，而投資興建的一座大型慣性約束聚變科研裝置，也是美國(guó)推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)前沿、先進(jìn)能源技術(shù)的科學(xué)重器。
美國(guó)科學(xué)家早在上世紀(jì)60年代就提出了利用激光實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變的初步構(gòu)思。美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室?guī)资陙?lái)建造了多個(gè)大型激光設(shè)施來(lái)推動(dòng)這方面研究，最高成就是國(guó)家點(diǎn)火裝置。原理是將192束紫外線激光束的巨大能量聚集到幾毫米大小的燃料靶腔上，使其內(nèi)部的氘氚燃料達(dá)到極高溫度壓力，發(fā)生聚變反應(yīng)。
美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置2009年建成，但運(yùn)行之初就表明，實(shí)現(xiàn)能量增益——讓產(chǎn)生的能量大于輸入能量——并非易事。美國(guó)科學(xué)家十多年來(lái)一直在改進(jìn)技術(shù)方案，提升能量產(chǎn)出。這次是聚變反應(yīng)釋放能量首次超過(guò)激光的能量，不過(guò)上述能量增益是局部的，從裝置整體考慮則并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)能量增益。由于激光器本身的效率不高，裝置產(chǎn)生2.05兆焦耳激光能量，其實(shí)耗費(fèi)了高達(dá)322兆焦耳的電力。因此，這次實(shí)驗(yàn)中聚變反應(yīng)釋放的能量還不足消耗電力的百分之一。
核聚變能源是人類構(gòu)想中未來(lái)將替代化石能源的“黑科技”，其借助輕核聚變反應(yīng)釋放能量，又稱“人造太陽(yáng)”，其燃料近乎取之不盡、用之不竭，并且更加清潔。聚變裝置的核心要求是將聚變?nèi)剂媳３衷谏蟽|度高溫，實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度極大，一般認(rèn)為有兩條主要途徑，即慣性約束聚變和磁約束聚變。近年來(lái)，國(guó)際聚變技術(shù)研發(fā)再度升溫。但客觀評(píng)估大多認(rèn)為，聚變發(fā)電的實(shí)用化還需要幾十年。
在慣性約束聚變方面，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置雖取得史無(wú)前例的進(jìn)步，但距離實(shí)用化仍很遙遠(yuǎn)。一是，如前所述，整個(gè)裝置產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及消耗的能量。二是，裝置本身是一座科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，并不考慮如何在一次“點(diǎn)火”之后快速進(jìn)行下一次“點(diǎn)火”，從而持續(xù)地產(chǎn)生能量，更不能把產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電力，持續(xù)供給電網(wǎng)。除美國(guó)外，法國(guó)的兆焦耳激光裝置、我國(guó)的“神光III”主機(jī)裝置等也屬同類裝置。
磁約束聚變則往往被認(rèn)為是聚變發(fā)電實(shí)用化更加切實(shí)可行的途徑。最主要的代表是目前正在由35個(gè)國(guó)家合作在法國(guó)建設(shè)的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)。它歷經(jīng)多年拖延，目前計(jì)劃2035年投入運(yùn)行。此外，其他一些大型裝置也取得新的進(jìn)展，如歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆2022年初連續(xù)5秒內(nèi)產(chǎn)生了59兆焦耳的能量,創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄。還有許多新型方案打算利用設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新，避免像ITER項(xiàng)目這樣成本過(guò)高、周期過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，更快實(shí)用化。我國(guó)不但是ITER項(xiàng)目的主要參與方，還建成了中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M(HL-2M)等大型實(shí)驗(yàn)裝置，目前是全世界聚變研發(fā)支持力度最大的國(guó)家之一。
當(dāng)前，全球面臨的氣候、能源等問(wèn)題愈發(fā)迫在眉睫，其造成的影響將跨越國(guó)界，解決的難度也前所未有。對(duì)于聚變能源這個(gè)“黑科技”，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置距離實(shí)用發(fā)電還很遙遠(yuǎn)，ITER項(xiàng)目歷經(jīng)技術(shù)困難、過(guò)大的開(kāi)支和過(guò)長(zhǎng)的周期，集諸國(guó)之力方才有望實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。這顯示出，迎戰(zhàn)最高難度的技術(shù)挑戰(zhàn)，加快給未來(lái)世界打造新型能源，要求全球各國(guó)共同努力。在世界面臨更多動(dòng)蕩和危機(jī)之下，也只有各個(gè)國(guó)家，特別是有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實(shí)力的主要國(guó)家共同攜手，才能解決全人類面臨的種種難題，保證人類有一個(gè)和平、安全的未來(lái)。
