誰最終點燃人類未來的“太陽”，尚未可知！

正解局出品

(資料圖)

不得不承認，在世界核技術領域，美國一直處于領先地位。

就在最近，美國又在核聚變技術上邁出重要一步。

前段時間，美國能源部宣布，加利福尼亞州的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL），第一次在核聚變反應中產生“凈能量增益”，也就是聚變反應產生的能量大于促發(fā)該反應的鐳射能量。

看起來只是小小一步，但卻有著非凡的意義。

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室

根據(jù)公布的內容，實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量，產生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出，產生的能量比投入的能量多50%以上。

人類探索核聚變歷時近半個世紀，但長期以來聚變反應總是無法實現(xiàn)凈能量增加，也就是無法控制核聚變時所消耗的能量。

簡單來說，美國這次實驗成功，意味著人類在可控核聚變領域有了重大突破。

可控核聚變一直是人類的夢想。

甚至有人認為，人類未來有了真正清潔、無限能量的有效能源。

不少自媒體為此歡欣鼓舞，甚至將這一實驗稱為人類“盜火”時刻、人類摘下清潔能源“圣杯”。

如果美國這次實驗沒有造假，那確實是人類在核聚變領域的偉大突破。

但是，美國在該領域取得的這項重大突破，是否意味著人類不久就能用上取之不盡用之不竭的能源？

又或者說，實驗的背后，只是為了解決能源危機這么簡單嗎？

可能很多朋友有些懵逼，美國這次實驗到底是什么情況，什么是核聚變，不是造原子彈吧？

這里首先介紹下什么是核裂變，什么又是核聚變。

核裂變與核聚變的對比

一般來說，核裂變就是鈾235或者钚239等重原子核裂變釋放能量，比如原子彈以及核電站發(fā)電，都是通過核裂變產生能量。

核聚變就是較輕的原子核聚變成較重的原子核，一般用氫的同位素氘或者氚聚變釋放能量。

核聚變是宇宙中最常見的一種能量模式，這么說吧，太陽就是通過核聚變產生能量。

已知的科學實驗證明，核聚變比核裂變釋放的能量要大，污染更小；且核裂變使用的鈾等材料，儲量有限，核聚變無需擔心材料儲量，只需要“激活”就能持續(xù)輸出能量。

有人可能要問，既然核聚變這么多好處，那為何各國還要搞什么核電站，直接采用核聚變獲取能量不就好了？

想法很美好，可實現(xiàn)太困難。

因為可控核聚變需要極端高溫高壓才能使氘或氚的原子核克服電磁斥力，在足夠近的距離發(fā)生碰撞聚變成氦，才能釋放能量。

真正的困難在哪？

核聚變是高溫高壓環(huán)境下，氘或氚發(fā)生聚變

注意前面說的“可控”二字，其實獲得足夠高溫高壓讓氘或氚發(fā)生聚變并不難。

用原子彈引爆核彈，產生的威力足夠“一發(fā)入魂”。

不過，這樣的結果就好比為了燒開一壺水，卻把鍋爐房給炸了。

因此，人類已有實驗室想創(chuàng)造出上億度的高溫高壓環(huán)境已相當不易，更難的是如果要利用核聚變發(fā)電，就必須想辦法持續(xù)安全地維護這么恐怖的環(huán)境，目前沒有任何材料能滿足這一需求……

科學家們于是想到了真空強磁場，靠磁場約束住超高溫等離子體不擴散開，這就是核聚變領域普遍使用的“托卡馬克”磁約束裝置原理。

可問題又來了，強磁場倒是有可能充當核聚變的有效“容器”，但架不住維持“托卡馬克”磁裝置的電力可能要比核聚變本身產生的能量還要多。

不過，雖說是虧本買賣，可為了未來的效益，科學家們只能硬著頭皮繼續(xù)實驗。

“托卡馬克”磁約束裝置結構圖

目前比較成熟的“托卡馬克”磁約束裝置，已經能做到輸出/輸入能量的Q值為0.6左右，雖然距離1的目標還差點，但人類一直在努力。

其實早在1997年，日本就已宣布在“JT-60型”托卡馬克裝置上，最高Q值曾超過1.25。

可惜持續(xù)時間太短，只有1秒，屬于曇花一現(xiàn)的結果。

如果只是算持續(xù)時間，2021年底，中科院合肥物理研究所創(chuàng)造了世界上核聚變最長時間1056秒，打破了美國創(chuàng)造并保持的440秒這一世界紀錄。

位于合肥的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置

不過，美國這次實驗的意義在于，他們宣布把核聚變的Q值搞到了1.5，持續(xù)時間超過5秒，實現(xiàn)了輸出能量大于輸入能源。

存續(xù)時間短是短了點，可從科技的角度來說，核聚變的能量比提升了，確實很有意義。

但從經濟角度來說，這次試驗的象征意義又大于實用意義。

有英國同行就指出，美國的這次核試驗實際產生的能量“只夠燒開10壺水”。

這或許屬于同行比較酸的看法，但人類任何重大科技的發(fā)展都是起于微末之時，LLNL的這次實驗，確實可以算人類能量利用史上一次里程碑式的革命。

那到底什么時候可以真正實現(xiàn)人類清潔能源的利用呢？

負責本次實驗的LLNL主任Budil博士表示，要實現(xiàn)核聚變的商業(yè)化，“可能還要數(shù)十年的時間，但是我想應該不是60年，也不是50年……”

可問題是，按照本次實驗的過程，哪怕50年內能實現(xiàn)核聚變商業(yè)化應用，都算快的了。

原因很簡單，LLNL這次實驗結果，其實完全是在不考慮經濟代價的前提下取得的。

這里還得普及下，人類目前實現(xiàn)核聚變商業(yè)化，基本就是兩個途徑：一類是磁約束核聚變，另一類就是此次LLNL的激光核聚變。

從安全和經濟的角度來看，全球科學界公認，包括中國正在研究的托卡馬克裝置磁約束核聚變技術，實現(xiàn)商用化更有希望，是真正走向聚變能的技術途徑。

至于激光核聚變，依然是成本更為高昂的實驗手段。

美國的國家點火裝置（NIF）示意圖

事實也是如此，按照LLNL公布的實驗細節(jié)，實驗是“用192束激光束，向一個微型燃料顆粒輸送了2.05兆焦耳的激光能量，點燃核聚變燃料，最終產生了3.15兆焦耳的聚變能量輸出”。

但是2.05兆焦耳的激光能量來自哪里？

答案是從電網吸收200-300兆焦耳……

很明顯，這就是一次“撇開實際成本不談”的理論性實驗，真正的輸出能量，遠遠低于輸入能量。

而且NIF的實驗還有個要命的缺點，即便獲得足夠多的激光能量，也需要間隔數(shù)小時才能發(fā)射幾秒，設備和儀器無法支持短時間、多頻次、連續(xù)性可控的核聚變反應。

就好比由于我準備充足，一次性“又快又強”，爽了……

對方說，“再來一次？”

我只能說，“別急，再等等吧。”

NIF的核燃料球就放在圖中的裝置內，192束激光會一起轟擊燃料球，從而產生核聚變

可現(xiàn)實的需求等不了??！

可控核聚變的根本目的，就是盡可能地以低成本獲取能源造福社會，不能多次、持久，那不就是“ONE NIGHT”么？

其實，看看美國LLNL采用的點火裝置隸屬的部門，就不難發(fā)現(xiàn)美國本次實驗的根本目的。

耗資35億美元建設的美國國家點火裝置，由美國能源部下屬管理核武器的國家核安全局負責運行，最初是通過模擬爆炸來研究核武器威力，后來才用于推進核聚變研究。

整個LLNL的主要任務，就是通過實驗產生的高能量聚變反應，為美國核武器研究提供參考。

雖說這次實驗中的能量產出超過了能量消耗，可這只是理論值，如果要真正實現(xiàn)商業(yè)化，算上擴充儲能設備、技術人員及裝備，還有無法測算的輸送損耗，僅僅一點能量增益，分分鐘就會損耗殆盡。

說到底，美國這次迫不及待地宣布核聚變實驗成功，有兩方面目的。

首先，還是為了秀一把“肌肉”。

就好像前不久，美國破天荒將最新型的B-21隱形轟炸機大大方方展示在世人面前一樣，這種毫無顧忌地展示行為，其實就是希望向世人炫耀自己的武器裝備實力，實現(xiàn)戰(zhàn)略恫嚇。

美國高調亮相最新型的B-21隱形轟炸機

再說了，美國政府這幾年又是疫情，又是灰頭土臉撤出阿富汗，政治上拉胯，經濟還始終不景氣，怎么說也得找點長志氣的成績顯擺下。

核聚變實驗，也是美國一貫采取的技術牽引戰(zhàn)略，實驗的成功至少再次證明了美國在核聚變領域的基礎研究與應用能力，向可控核聚變目標邁出了關鍵一步。

其實，甭管是激光核聚變，還是磁約束核聚變，究竟花了多少錢，關鍵是在核聚變領域，“老子又快人一步”，你們其他國家就羨慕嫉妒恨吧。

其次，LLNL也是為了配合美國相關部門，合起伙準備向國會伸手要錢。

之前美國國會給馬斯克的太空計劃撥款十分痛快，老馬的衛(wèi)星從星鏈織成星盾，眼瞅著還要跑火星去了。

反正都是燒錢，核聚變更事關未來可持續(xù)能源，甚至關系到老馬的火箭能飛多遠。

反正成績擺在這里了，面子也幫你們掙足了，各位爺，你們看著辦。

再從美國政府的角度來說，可控核聚變未來的商業(yè)價值顯而易見，誰能盡快實現(xiàn)核聚變的商業(yè)化，其意義不亞于當年石油的發(fā)現(xiàn)和應用。

可能很多人還不知道，隨著頁巖油技術的突破和大規(guī)模開采，美國已是全球第一石油生產國。

2021年，美國石油產量為711.1百萬噸；排名第二的是俄羅斯，石油產量為536.4百萬噸；中東產油大國沙特只排名第三，石油產量為515百萬噸。

手握美元和石油，在全球已是一家獨大，如果未來再掌握核聚變商業(yè)技術，那美國的世界霸權地位只會更加穩(wěn)固。

盡管這次核聚變實驗到真正市場化應用，還有非常漫長的路要走，可美國確實已經走在了最前面，而且有了突破性的進展。

我們應該學習美國在戰(zhàn)略科技上的眼光和定力，注意他們在全球前沿科技領域的長期主義。

僅僅這個核聚變實驗，美國就已經投入幾百億美元，開展了近60年的研究，而且還在持續(xù)孵化和支持中。

但我們不能就此被美國牽著鼻子走，國家的資源有限，任何科學技術戰(zhàn)略都得根據(jù)實際國情和科學基礎制定，形成自己的戰(zhàn)略定力與方向。

中國在核聚變領域的研究速度其實并不慢，甚至還擁有許多并不遜色于歐美的成績，這是因為中國電力增速幅度最高，需求非常大。

目前根據(jù)中國官方公布的信息，核聚變商業(yè)化發(fā)電的時間表是2030年實現(xiàn)發(fā)電，2050年實現(xiàn)商業(yè)發(fā)電應用。

管理學上，有一個理論，叫“飛輪效應（Flywheel Effect）”。

指的是任何事情起步都很艱難，發(fā)展緩慢，但只要方法正確，持續(xù)推動，事情的發(fā)展速度就必將越來越快，越來越省力。

這里的“方法”，就是真正本著造福社會、造福人類的愿望。

只要我們能堅定不移繼續(xù)核聚變領域的研發(fā)，踏實奮進，誰最終點燃人類未來的“太陽”，尚未可知！