20230807 什么是核聚变？

shiyi18

经济学家》解释道
什么是核聚变？
一项被炒作已久的绿色技术即将面临现实检验

图片：路透社
2023 年 8 月 7 日

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库勒姆（Culham）是英国牛津附近的一个村庄，只有 500 人居住。不过，它的隔壁就是地球上最接近核聚变 "硅谷 "的地方。那里正在发生的一切，正是可控核聚变能源的探索从政府转向私营企业的缩影。因为，今年年底，位于库勒姆的一个长期政府间核聚变项目--欧洲联合环（jet）将关闭。与此同时，三家希望利用核聚变技术进行电网规模发电的公司正在（或即将）破土动工建设示范工厂。这项技术是否具有商业潜力？

人们对核聚变感到兴奋的原因似乎都是错误的。从根本上说，它只是另一种潜在的发电方式，但有时却似乎被赋予了近乎神奇的特性。最新的误导性头条新闻涉及国家点火装置（nif），这是位于加利福尼亚州的劳伦斯-利弗莫尔国家实验室（美国的核武器实验室之一）的一项实验。该实验室的研究人员在 2022 年 12 月公布的一项成果的基础上略有改进，他们用分成 192 个子光束的激光束从不同方向同时照射由氘和氚（氢的两种同位素）组成的燃料颗粒，实现了燃料颗粒的 "点火"。


由此产生的氘核和氚核聚变产生了氦、中子和大量能量，这两次都成功地释放出了比小光束中的能量更多的能量。这就是所谓的 "近乎无限的清洁能源"。

撇开 nif 的目的不是提供一条商业核聚变发电的途径，而是在极小的规模上模仿氢弹中发生的情况这一事实不谈，这场喧闹仍然忽视了产生这种光束所需的巨大能量成本，这种成本远远大于所产生的光束中的能量。通过激光惯性聚变发电（这一过程已广为人知）仍然是一个漫长的过程。

在库勒姆和美国的几个地方正在进行的工作要比这有趣得多。有关公司正在使用六种技术来追求核聚变，其中只有两种技术与喷气技术相似。喷气式方法被称为托卡马克，它采用一个中空的甜甜圈形环，内装氘和氚，通过磁力加热形成等离子体，这是一种原子核和电子分离的物质状态。其中一种商业版本保留了甜甜圈的形状，但将其缩小。另一家公司则把它做成有核苹果的形状。第三家公司使用喷枪发射弹丸，其效果与 nif 的激光对燃料颗粒的效果相同，但效率要高得多。还有一些公司的设备更加深奥。

与核裂变不同，聚变反应不会产生放射性废料，因此唯一的处理问题是在使用寿命结束后如何处理经过辐照的反应堆部件。因此，相关公司希望以商业规模生产清洁能源。但这一过程并不比太阳能、风能或水力发电更 "近乎无限"--事实上，还不如太阳能、风能或水力发电更 "近乎无限"。虽然氘资源丰富（水中就有氘元素），但必须提取氘，这是一个能源密集型过程。而氚则必须用中子照射锂金属来制造。

事实上，核聚变是一种有趣的发电方法，它现在已经到了 "要么说出来，要么闭嘴 "的时刻。如果所提出的一个或多个想法被证明在技术上是可行的，并且具有成本效益，那么核聚变很可能会在后化石燃料能源经济中找到一个有用的位置--可能是一个很大的位置。如果不能，那也是一次勇敢的尝试。但也无伤大雅。■

本文以 "什么是核聚变？"为题刊登在《经济学人》印刷版的解释部分。