永不限電,美國能源部計劃20餘年後建成核聚變原型發電廠

2021-01-09 網易

　　

　　歐巴馬時代，創下美國能源部長任期時長記錄的諾貝爾物理學獎得主朱棣文

　　美國能源部（Department of Energy）下轄的核聚變科學諮詢委員會（Fusion Energy Sciences Advisory Committee）公布了一份美國核聚變技術發展計劃，這份計劃歷經兩年才最終敲定。

　　12月18日，也就是五天前，美國普林斯頓大學等離子體國家實驗室的官方網站發布了一篇文章，對此計劃大加讚賞。文章標題為Advisory Committee Releases Long-Range Plan for U.S. Fusion Energy Sciences Program.

　　

　　在計劃的制定過程中，核聚變科學諮詢委員會廣泛地聽取了來自等離子體科學界與核聚變科學界的建議，以確保其最終敲定的計劃具有可操作性，而不是好高騖遠，最後卻一地雞毛。

　　計劃的最終目的是為美國提供取之不盡用之不竭的能源，並減少二氧化碳等溫室氣體的排放，遏制全球氣候變暖。因為不提到遏制氣候變暖的話，這個計劃可能就得不到社會各界的廣泛支持。加州大學洛杉磯分校的核聚變物理學家Troy Carter說：社會迫切地要求促進核聚變技術的發展，以幹預氣候變化。

　　為達到這個目的，美國計劃在本世紀40年代，也就是20餘年後，建造核聚變原型發電廠（不是實驗性的發電廠），為社會提供源源不斷的電力。（It calls for the Department of Energy (DOE), the main sponsor of U.S. fusion research, to prepare to build a prototype power plant in the 2040s that would produce carbon-free electricity by harnessing the nuclear process that powers the Sun.）

　　目前的核電站、核動力航母、核潛艇等，都是使用的核裂變技術。而核聚變技術的實際運用，在目前，則只有氫彈，氫彈的核聚變反應是不受控的。我們的太陽就是靠核聚變驅動的，如果沒有核聚變，就沒有太陽，也不會有其他恆星。

　　

　　核聚變反應

　　可控核聚變技術成熟後，其運用將遠遠不止發電廠這一項；實際上，美國計劃在20餘年後建造的核聚變原型發電廠只是其徵途中的第一步。可控核聚變技術的實現，是需要其他許多領域的技術突破為支撐的。比如，美國上世紀60年代末的阿波羅登月計劃，就極大地促進了美國在航天以外的科技領域的發展。

　　與核裂變相比，核聚變的威力更大，所用原料從海水中就能提取，基本上算是取之不盡用之不竭了。而且，核聚變的放射性汙染也非常低，其產生的核廢料的半衰期也非常短。

　　一旦美國按照現計劃，在20餘年後率先建成核聚變原型發電廠；則其和影響意義，將比瓦特發明蒸汽機更為深遠。

　　可控核聚變的技術難度非常高，既然美國能源部提出要在20餘年後建成原型發電廠，則說明美國在此方面已經取得了突破性的進展。

　　就在一年前的2019年11月，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室宣布正在進行一項等離子體線性實驗（PLX），旨在結合目前兩種核聚變方式之所長，即磁場約束方式和雷射約束方式。而在2014年，洛克希德·馬丁宣布發明小型核聚變反應堆，100兆瓦特的反應堆被成功縮小至7x10英尺大小，可以於1年之內進行測試，10年內能正式運轉。洛克希德·馬丁公司是世界上的頭號軍火公司，F-16， F-22， F-35， C-5等均出自其門下。

　　

　　美國國家點火裝置（NIF）正在進行點火，以進行核聚變研究

　　目前，法國南部地區正在建造國際熱核聚變反應堆，但參與能源部計劃的美國科學家們對國際熱核聚變反應堆的前景並不看好，雖然美國也是6個最主要的參與方之一。

　　「美國的核聚變科學家們想要建造一個更小、更便宜的核聚變發電站，我們將使用目前最先進的技術，比如使用超級計算機來模擬整個託克馬克裝置，使用3D列印技術、以及用高溫超導體製造的磁場。」

　　普林斯頓大學等離子科學實驗室主任史蒂夫·考利（Steve Cowley）評論說：「這份報告極具價值，為核聚變研究規劃了藍圖，通過提供步驟性指導，將使美國在世界的核聚變發展上起到領路作用。我對計劃的出臺感到極度興奮，預計接下來，美國和其他國家將在核聚變研究上取得重大進展。」

　　

　　美國國家點火裝置使用的燃料球

　　來自威斯康辛大學麥迪遜分校的核聚變物理學家Stephanie Diem對計劃的出臺表示振奮，她說：「將建造核聚變發電站作為目標，將會促進對相關領域的深入研究，以支持任務的最終完成。」 比如：由於核聚變發電站中的大量高能中子會使材料被降解，因此就需要開發一種基於粒子加速器的中子源（neutron source）來進行測試。

　　為了使這個計劃能夠順利推進，能源部在計劃的制定過程中，就要求所有參與的科學家們要一致合作。來自麻省理工學院的核聚變物理學家Nathan Howard說：「我們被能源部明確告知，要麼我們合作，要麼我們一無所獲。」

　　同時，能源部負責核聚變能量科學項目（Fusion Energy Sciences）的主管人員還首次讓所有參與項目的科學家們用無記名投票的方式，在一系列研討會上達成共識，甚至還聘用了一名協調員來處理，以確保聲音最大的那個科學家不會主導相關討論。

　　看來，美國能源部這次是認真的。

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