(资料图)

作者：许春阳-中核战略规划研究总院研究员

美国能源部日前宣布，国家点火装置实现了聚变能量首次超过输入激光能量。这一“里程碑式的成就”引来众多媒体关注和报道。那么，美国这一突破是否能推动聚变能源取得进展，使聚变发电成为现实?

这次取得突破的国家点火装置，实际是美国政府为加深核武器的基础研究，而投资兴建的一座大型惯性约束聚变科研装置，也是美国推动基础科学前沿、先进能源技术的科学重器。

美国科学家早在上世纪60年代就提出了利用激光实现惯性约束聚变的初步构思。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室几十年来建造了多个大型激光设施来推动这方面研究，最高成就是国家点火装置。原理是将192束紫外线激光束的巨大能量聚集到几毫米大小的燃料靶腔上，使其内部的氘氚燃料达到极高温度压力，发生聚变反应。

美国国家点火装置2009年建成，但运行之初就表明，实现能量增益——让产生的能量大于输入能量——并非易事。美国科学家十多年来一直在改进技术方案，提升能量产出。这次是聚变反应释放能量首次超过激光的能量，不过上述能量增益是局部的，从装置整体考虑则并没有实现能量增益。由于激光器本身的效率不高，装置产生2.05兆焦耳激光能量，其实耗费了高达322兆焦耳的电力。因此，这次实验中聚变反应释放的能量还不足消耗电力的百分之一。

核聚变能源是人类构想中未来将替代化石能源的“黑科技”，其借助轻核聚变反应释放能量，又称“人造太阳”，其燃料近乎取之不尽、用之不竭，并且更加清洁。聚变装置的核心要求是将聚变燃料保持在上亿度高温，实现起来难度极大，一般认为有两条主要途径，即惯性约束聚变和磁约束聚变。近年来，国际聚变技术研发再度升温。但客观评估大多认为，聚变发电的实用化还需要几十年。

在惯性约束聚变方面，美国国家点火装置虽取得史无前例的进步，但距离实用化仍很遥远。一是，如前所述，整个装置产生的能量远远不及消耗的能量。二是，装置本身是一座科学实验装置，并不考虑如何在一次“点火”之后快速进行下一次“点火”，从而持续地产生能量，更不能把产生的能量转换成电力，持续供给电网。除美国外，法国的兆焦耳激光装置、我国的“神光III”主机装置等也属同类装置。

磁约束聚变则往往被认为是聚变发电实用化更加切实可行的途径。最主要的代表是目前正在由35个国家合作在法国建设的国际热核聚变实验堆(ITER)。它历经多年拖延，目前计划2035年投入运行。此外，其他一些大型装置也取得新的进展，如欧洲联合环状反应堆2022年初连续5秒内产生了59兆焦耳的能量,创下了新的世界纪录。还有许多新型方案打算利用设计和技术创新，避免像ITER项目这样成本过高、周期过长的问题，更快实用化。我国不但是ITER项目的主要参与方，还建成了中国环流器二号M(HL-2M)等大型实验装置，目前是全世界聚变研发支持力度最大的国家之一。

当前，全球面临的气候、能源等问题愈发迫在眉睫，其造成的影响将跨越国界，解决的难度也前所未有。对于聚变能源这个“黑科技”，美国国家点火装置距离实用发电还很遥远，ITER项目历经技术困难、过大的开支和过长的周期，集诸国之力方才有望实现目标。这显示出，迎战最高难度的技术挑战，加快给未来世界打造新型能源，要求全球各国共同努力。在世界面临更多动荡和危机之下，也只有各个国家，特别是有经济和技术实力的主要国家共同携手，才能解决全人类面临的种种难题，保证人类有一个和平、安全的未来。