时隔7个月核聚变再现净能量增益

  8月6日，美国加利福尼亚劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence Livermore）国家实验室宣布，该实验室的核聚变装置——国家点火装置在7月30日的实验中，第二次在核聚变反应中实现了净能量增益。

  而仅仅就在7个月之前，2022年12月，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室就实现了人类历史上第一次核聚变净能量增益。

  劳伦斯·利弗莫尔国家实验室表示，此次核聚变实验产生的净能量比2022年12月的实验数据更高。不过对于更多数据，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室并未公布，而且最终结果还在分析之中。

  2022年12月，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的核聚变实验引发了全世界的轰动。那是人类第一次在核聚变实验中获得净能量增益。

  在那次实验中，研究人员输入了2.05兆焦耳的激光能量，输出了大约3.15兆焦耳——大约增加了50%，这表明颗粒中的聚变反应正在推动进一步的聚变反应。美国国家核安全管理局的Marvin Adams博士说：“产生能量所花费的时间比光传播一英寸所花费的时间还少。”

  《能源》杂志在报道《核聚变取得突破，“人造太阳”却很遥远》中详细的介绍了这一次实验的情况。

  这次实验的成功也让劳伦斯·利弗莫尔国家实验室、国家点火装置获得了更多的支持。2023年5月，美国能源部长Jennifer Granholm在劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的一次公开活动上特别提及了国家点火装置在2022年12月的成功试验，称其让“核聚变有望成为负担得起、丰富的、可靠的清洁能源”。更重要的是，Jennifer Granholm宣布为核聚变研究未来4年提供4500万美元的联邦资金。

  要知道在此之前，国家点火装置由于延期、成本超支等问题，屡次在财务上被国会议员讽刺为“国家无法点火装置”。而核聚变研究得以延续，是因为美国需要在不进行爆炸实验的情况下推进核聚变方面的研究。

  去年12月的成功已经为美国核聚变和国家点火装置续命，而现在连续重复实验，不仅会让美国投入更多资金在核聚变研究方面，更会让核聚变这个本就火爆异常的概念进一步地风靡。

  2023年5月，总部在华盛顿州埃弗雷特的Helion Energy宣布将会在2028年之前建成世界上第一座聚变发电厂。而且他们已为自己的核聚变电力找到了第一个客户——软件巨头微软。双方已经签订了电力购买协议。Helion Energy预计核聚变电厂投产后将在1年内实现至少50MW的发电能力。

  Helion Energy 2028年建成第一座核聚变发电厂的目标在诸多核聚变初创企业中显得极为鹤立鸡群。大部分企业也只是宣布在2030年代初开始运营商业化发电厂。

  与劳伦斯·利弗莫尔这类国家实验室不同，初创核聚变企业在近两年来开始成为投资者们瞩目的焦点。

  在全球进入碳中和时代之后，寻找能源终极解决方案就成为各方关注的焦点。核聚变这种类似于太阳功能方式不仅绝对没碳排放，还能够提供巨大的高温能量。因此这个原本脱胎于氢弹的技术开始成为人类解决能源问题的重要路径。各个国家的政策性支持成为企业不断融资、喊出更为夸张口号的基础。

  《美国创新实现2050年气候目标》中，就将聚变能源列为5个第一个任务之一。2022年，美国发布《商业聚变能源十年发展规划》，计划建设首个核聚变发电厂。

  另一家美国初创核聚变公司Commonwealth Fusion Systems已经募集了20亿美元的资金，计划在美国建立一座聚变反应堆SPARC，占地将近47亩，预期在2030年代初期实现商业核聚变发电。

  英国政府计划到2040年通过球形托卡马克（STEP）能源计划以及由私营组织创造的其他聚变技术来展示核聚变的商业可行性。

  英国托卡马克能源公司2022年公布了开发新型球形托卡马克原型装置ST80-HTS的计划。如果ST80装置2026年投运，将为建设中试聚变电厂提供关键信息，使该电厂可以在本世纪30年代初投运。

  2023年，日本也敲定首个核聚变能源开发战略方案，计划推出公司参与研发实验的核聚变反应堆，并争取在2050年左右实现核聚变发电。

  而就在劳伦斯·利弗莫尔实验室再次重现核聚变净能量增益之前的7月28日，由诺奖得主中村修二创立的核聚变初创公司Blue Laser Fusion（BLF）在种子轮融资中筹集了2500万美元，该公司计划2025年开发出第一个核聚变原型机，2030年在东京开发商业反应堆。

  6月22日，德国政府宣布了推动国内核聚变发展研究的计划草案。科学部长贝蒂娜·斯塔克-瓦青格表示，根据该提案，德国将支持目前正在开发的所有有前途的聚变技术，包括最近在美国取得突破但在欧洲尚未得到普遍研究的激光技术路线。

  德国初创公司Proxima Fusion正在开创革命性的仿星核反应堆，并雄心勃勃地计划到2030年代建造一座聚变发电厂。

  Proxima Fusion是马克斯·普朗克物理研究所的子公司，已筹集700万欧元用于开发创新的高性能仿星器，即磁约束聚变装置。

  然而尽管已经两次出现核聚变实现净能量输出，世界各地的核聚变初创企业口号喊得震天响，各个国家也都在谋划核聚变的应用。但我们距离核聚变走进日常生活，可能还有一段距离。

  在核聚变研究领域，有一个流传多年的梗——“核聚变的突破，总是在下一个十年”。从1950年代可控核聚变作为民用技术开始研究，70多年的时间里核聚变总是被期待实现关键突破，为解决人类的终极能源问题而做出贡献。但却始终未能成行。

  在没有恒星极端引力的情况下，通过核聚变反应堆在地球上重现“人造太阳”会带来诸多技术和工程挑战。其中最大的挑战是将等离子体中的离子温度保持在1亿摄氏度以上，将等离子体约束在一个磁场中并保持充足长的时间，以便发生反应并产生能量。

  截至目前，实现并长时间维持核聚变反应仍是重大挑战。唯有开发出一种稳定可靠的核聚变发电方式，才能使之成为商业可行的能源。

  2023年4月12日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置实现温态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新的纪录。此次EAST实验成功实现了稳态高约束模式等离子体运行403秒的新的世界纪录。这一突破有望对探索未来的聚变堆前沿物理问题产生重要意义，并提升核聚变能源经济性、可行性，加快实现聚变发电。

  中国在核聚变应用研究方面起步并不算早，但已确定进入世界领先水平。根据《日经新闻》数据，在核聚变专利排名中，中国排名第一，领先于排名第二、三、四的美国、英国和日本。

  6月，科技部党组书记、部长王志刚带队赴合肥调研核聚变相关工作并就聚变能未来发展路径研究召开专题座谈会。

  王志刚指出，核聚变能是人类未来终极能源，积极地推进核聚变相关工作意义重大。当前国内正在探索的磁约束托卡马克氘氚聚变、Z箍缩聚变裂变混合堆、磁约束球型环氢硼聚变等几种技术路线，在研究基础、建设进展、研究难点、预期节点等方面存在一定的差异，处于研究开发的不同阶段，各具优势。

  王志刚强调，下一步要聚焦核聚变工程、技术和方法研究，加速核聚变能源化利用进程。同时，加强原创性引领性科技攻关，强化制度保障和政策引导，加强配套技术探讨研究，谋求未来竞争优势，推动我们国家核聚变领域科学技术创新工作高质量发展。

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