終極能源還有多遠？英國公司稱可控核聚變很快了

　　2017-05-11 11:48:11　來源: 澎湃新聞網(上海)

　　「（可控）核聚變將在未來幾年內成為現實，而非數十年後。」在英國核聚變發電創業企業、托卡馬克能源公司（Tokamak Energy）CEO David Kingham看來，人類實現「終極能源」——核聚變發電的曙光就在眼前。

　　這家2009年成立、位於英國牛津的核聚變明星企業近日宣布，其最新的ST40聚變反應堆已實現首次啟動，並正式生成第一批等離子體。今年秋季，ST40可以產生溫度達1500萬度的等離子體——這相當於太陽中心溫度。實現1500萬度之後，ST40的下一個目標是在2018年產生1億度的等離子體。該公司計劃，在2030年之前實現商業核聚變發電。

　　「無論是對英國還是全球核聚變能源發展而言，今天都是重要的一天。我們向世界展示了首個由私企設計、建造和運行的一流的可控核聚變裝置。」David Kingham稱，ST40將證明，在結構緊湊、成本優勢明顯的反應堆中可以實現1億度的聚變溫度。「這意味著，核聚變將在數年而非數十年後成為現實。」

　　

　　

　　ST40

　　太陽和氫彈所經歷的，都是不受控制的核聚變過程。與之相對的可控核聚變，能夠持續、穩定、安全釋放能量，在清潔性和原料儲備上優於核裂變，一直被視作人類徹底解決能源危機的終極模式。從上世紀50年代開始，科學家們就在不懈追求這種如太陽般製造能量的技術。

　　反常規：球形托卡馬克裝置，通往核聚變的「捷徑」？

　　與青睞「大尺寸」的國家級大型核聚變項目或國際合作核聚變項目不同的是，托卡馬克能源公司另闢蹊徑，專註於設計和研發小型聚變堆——藉助球形托卡馬克（Tokamak）裝置和高溫超導體兩種新興技術，並盡量保持設備的小型化。

　　托卡馬克裝置是核聚變反應堆中最為常見的設計。這種形似甜甜圈的裝置是呈圓形線圈的中空金屬結構，利用磁場控制超高溫等離子體。球形托卡馬克則是一種更加靈巧的替代方案，是該領域的「後起之秀」。托卡馬克能源公司認為，實驗和理論研究均已表明，相較於歐洲聯合環（JET）等更「常規」的托卡馬克裝置，球形托卡馬克裝置是通往聚變的「一條捷徑」。而小型裝置的建造時間更短，成本更低，商業前景廣泛。

　　

　　該公司在公告中稱，隨著ST40反應堆啟動運行，接下來的步驟是安裝和調試一整套電磁線圈，這些電磁線圈對於達到核聚變所需的溫度至關重要。今年秋季，ST40將可以產生溫度達1500萬度的等離子體——這一溫度相當於太陽中心溫度。實現1500萬度之後，ST40的下一個目標是在2018年產生1億度的等離子體。這差不多是太陽中心溫度的7倍，同時也是受控核聚變必需的溫度。「1億度是一個關鍵閾值，這將成為一個打破紀錄的里程碑事件，因為私人擁有或投資的聚變堆中等離子體從未達到這樣的溫度。」 David Kingham說。

　　托卡馬克能源公司的最終目標，在2030年將聚變能送入電網。它的前身卡勒姆（Culham）實驗室，是全球最強大的托卡馬克裝置歐洲聯合環和世界領先的磁約束聚變能量研究中心的所在地。其中，歐洲聯合環是英國核聚變研究的核心和基石。

　　「將我們的公司設立在卡勒姆附近並沒有錯。」David Kingham此前接受媒體採訪時表示，「歐洲聯合環項目上積累的經驗（也包括其它位於卡勒姆的球形托卡馬克裝置）幫助我們走到了今天。諸如歐洲聯合環和國際熱核聚變實驗堆（ITER）等大型政府項目，進一步加深了我們對核聚變的理解，也使得像我們這樣的商業公司更加接近聚變目標。」

　　

　　該公司藉助球形托卡馬克裝置和高溫超導體兩種技術，並盡量保持設備的小型化

　　David Kingham說，他們並未將核裂變產業視為競爭者，相反，聚變和裂變之間可以相互獲益。「小型模塊化核裂變反應堆和我們正在開發的同等規模的小型聚變堆之間有著十分有趣的技術重疊。」

　　由私人資本支持的核聚變企業湧現，與政府主導項目一較高下

　　這並不是托卡馬克能源公司首次驚艷能源界。世界首台完全高溫超導磁體的托卡馬克裝置、也是托卡馬克能源公司的第二台反應堆ST25，曾在2015年倫敦皇家學會夏季科學展覽會上演示了連續29小時輸出等離子體，創下世界紀錄。

　　在發布關於ST40的最新動態后，David Kingham說道：「我們依然需要大量投資，許多學術和行業上的深入合作，專業且富有創新精神的工程師和科學家，以及卓越的產業鏈來支撐。我們的方法是繼續將探索聚變發電的征程分解為一系列工程挑戰，繼續募集資金以實現新的突破。在這條路上，我們已經實現了一半的目標，通過不懈努力，我們將在2030年之前實現商業規模的聚變發電。」

　　在核聚變領域，像托卡馬克能源公司這樣的私人企業往往比政府部門表現出更進取的風險偏好，執著於尋求更靈活快速的技術路徑。對於核聚變研究本身而言，這並不是壞消息，因為過去幾十年的核聚變研究，無形中給該領域貼上了「大型的、政治性的、麻煩的」等標籤。小型的、靈活的私人資本更擅長於在老問題上嘗試新的方法。「我們對核聚變的追求，是基於將其視為一項工程挑戰、一門生意，而非『大科學項目』。」David Kingham說。

　　相比之下，由大型公共資金資助的項目雖然時而有新的科學突破，但總體上進展緩慢，大型核聚變項目正變得越來越昂貴。比如，在堆積如山的技術難題、不斷攀升的巨額成本面前，當前世界上規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一ITER，不得不修改了既定的時間表，推遲了實現第一束等離子體的時間節點。該項目目前的計劃是在2035年實現點火運行，七個成員方——中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國，分別負責設計和關鍵部件的製造，但在具體實施過程中，這個大型而複雜的項目還是遭遇了不少困難。比如，有成員未能在規定限期內完成任務，他們各自的製造技術和標準也不一樣，由此產生的連鎖反應嚴重拖慢了整體進度。

　　近年來，由世界超級富豪贊助和支持的核聚變創業公司，正在向這一技術革命發起衝擊，欲與政府出資主導的大型核聚變項目一較高下。獲得加拿大石油公司Cenovus和亞馬遜CEO傑夫·貝佐斯等投資方支持的通用聚變公司（General Fusion），從高盛、微軟創始人之一保羅·艾倫、俄羅斯國有企業Rusnano等處融到上億美元資金的Tri-Alpha能源公司，都是近年來一鳴驚人的新星企業，打破了核電行業歷來的沉悶氣氛。

　　十多年後將聚變發電商業化，托卡馬克能源公司的目標是痴人說夢嗎？至少，迄今為止它的確實現了此前設定的一系列小目標。