12月13日，美聯(lián)社發(fā)布了一則重要消息：美國科學(xué)家在可控核聚變領(lǐng)域取得了重大進展。隨后，美國能源部在社交媒體上表示，加州的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室首次實現(xiàn)了凈能量增益，并將其稱為“清潔能源邁向里程碑”的新技術(shù)突破。可控核聚變，也被稱為“人造太陽”，如果以上報道屬實，那么它將具有與第二次工業(yè)革命相媲美的重要意義。在可控核聚變的推動下，人類有望在不久的將來實現(xiàn)能源的巨大解放，并真正邁向太陽系之外。
一、這一天是否真的即將到來
以往的可控核聚變突破報道，通常關(guān)注于連續(xù)放電時間的突破或等離子體高溫達(dá)到的程度。而這次的凈能量增益指的是產(chǎn)出的能量大于投入的能源，也就是實驗中能量投入要小于可控核聚變產(chǎn)生的能量。根據(jù)美國公布的數(shù)據(jù)，此次釋放的能量相當(dāng)于之前投入能量的120%，屬于不可持續(xù)的核聚變反應(yīng)。
二、核聚變到底是什么
核聚變的本質(zhì)是指在超高溫高壓條件下，由質(zhì)量較輕的原子核聚合形成較重的原子核。在核聚變過程中，質(zhì)量的損失將以E=mc²的形式釋放出能量。實現(xiàn)核聚變需要考慮原料的來源、原子核的控制以及如何克服電子之間的電磁排斥力等因素。
核聚變的原料一般是氫元素，而海水中的氫元素可以通過電解獲得。然而，目前我們使用的是氫的同位素——氘和氚。地球的海洋中含有大約45萬億噸的氘，但要獲得純凈的氘元素需要消耗大量電力進行電離。
獲得純凈的氘元素后，我們需要控制氘原子，使其不會亂跑，通常采用磁約束、慣性約束和激光約束等方法。這一步驟也需要大量電力。最后，我們需要讓原子核相互碰撞，這就需要將原子核外的電子全部去除。
這樣就會形成大量帶負(fù)電的電子等離子體和帶正電的原子核。隨后，需要施加巨大的壓力，以增加原子核的撞擊力度和概率。
值得注意的是，核聚變的溫度必須達(dá)到上億攝氏度，而這樣的設(shè)備一旦運行，其消耗的電力不亞于一座小型縣城。
因此，啟動一次可控核聚變將消耗大量電力。如果獲得的能量小于投入的能量，顯然這種能源沒有意義。
三、美國所稱的突破到底達(dá)到了什么程度
從過去的報道來看，勞倫斯·利弗莫爾實驗室似乎每隔一段時間就會宣布凈能量增益的成功。早在2013年，BBC就報道了勞倫斯·利弗莫爾實驗室首次實現(xiàn)核聚變的凈能量增益。然而，這些突破的能量增益仍然非常有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的要求。
雖然可控核聚變是一項具有巨大潛力的能源技術(shù)，但要實現(xiàn)可持續(xù)的、商業(yè)化的核聚變反應(yīng)仍然面臨許多挑戰(zhàn)。目前，科學(xué)家們正在全球范圍內(nèi)進行大量的研究和實驗，以克服這些挑戰(zhàn)。
其中一個主要的挑戰(zhàn)是如何建立一個能夠持續(xù)運行并且產(chǎn)生凈能量的核聚變反應(yīng)堆。雖然已經(jīng)取得了一些進展，但要實現(xiàn)這一目標(biāo)仍然需要克服許多技術(shù)和工程上的難題。
建造和維護核聚變反應(yīng)堆的成本也是一個巨大的問題。目前的核聚變實驗設(shè)施非常昂貴，并且需要大量的資金支持。要將核聚變技術(shù)從實驗室推廣到商業(yè)應(yīng)用，需要降低成本并開發(fā)更加高效和可靠的反應(yīng)堆設(shè)計。
最后，核聚變技術(shù)還需要解決廢物處理和輻射安全等問題。雖然核聚變本身不會產(chǎn)生大量的長期放射性廢物，但仍然需要處理反應(yīng)堆材料和組件，以及處理實驗過程中產(chǎn)生的輻射物質(zhì)。
盡管美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室所宣布的凈能量增益突破是一個重要的里程碑，但要實現(xiàn)可控核聚變的商業(yè)化應(yīng)用仍然面臨許多技術(shù)、經(jīng)濟和安全上的挑戰(zhàn)。進一步的研究和發(fā)展仍然是必要的，以實現(xiàn)核聚變作為清潔、可持續(xù)能源的潛力。
