核聚变能源：关于这一最新科学突破需要了解的内容 - 《华尔街日报》
Aylin Woodward
2018年，一位科学家在劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置工作，科学家们在这里实现了核聚变突破。图片来源：handout/法新社/盖蒂图片社美国能源部周二表示，科学家在核聚变研究方面取得了突破性进展，这让他们距离可能改变清洁能源的未来又近了一步。
位于加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员已经研究核聚变十多年，该实验室实现了被称为聚变点火的里程碑。核聚变对研究人员、投资者和公司的广泛吸引力源于其作为清洁能源替代品的潜力，可以替代涉及燃烧化石燃料和释放温室气体的能源。
尽管研究人员表示，核聚变的商业应用可能还需要数年甚至数十年的时间，但这项技术有朝一日可能有助于应对气候变化。
以下是关于核聚变能源和最近突破需要了解的内容。
什么是核聚变能源？它与核裂变有何不同？
聚变是两个原子核结合形成一个更重的原子核的过程。目前的核电站通过裂变或将重原子分裂开来产生能量。
在劳伦斯利弗莫尔实验室的国家点火装置中，科学家们通过激光将含有氢原子的微小颗粒超高温压缩。这种极端条件会形成等离子体状态，在此过程中氢原子聚变成氦并释放巨大能量。
能源部长詹妮弗·格兰霍姆在华盛顿宣布了这项聚变研究成果。图片来源：Chip Somodevilla/Getty Images### 如何实现无限清洁能源？
聚变所需燃料储量丰富，许多氢原子可从海水中提取。与核裂变不同，聚变不会产生长效放射性废物或化石燃料燃烧产生的二氧化碳等温室气体，其唯一副产品是惰性气体氦。
国家点火装置的研究人员取得了什么突破？
科学家宣布，12月5日的受控核聚变实验首次实现能量净增益，这种现象被称为"点火"。
自2009年该设施运行以来，实现能量增益的聚变反应——这是将聚变转化为实用能源的关键一步——始终未能突破。本次实验产生了3.15兆焦耳聚变能，超出触发反应消耗的2.05兆焦耳能量，首次实现净能量增益。
核聚变能源有哪些优势？
根据联合国国际原子能机构数据，以可控方式使原子核聚变释放的能量，比燃烧煤炭或天然气多出近四百万倍。
聚变反应堆还不会出现核裂变电站可能发生的堆芯熔毁风险，因为聚变产能不依赖链式反应。若聚变过程中出现任何扰动，等离子体会冷却并停止反应。该机构称，聚变反应产生的能量可达核裂变反应的四倍。
核聚变能源何时能普及？
尽管美国能源部近期投资5000万美元建立公私合作机制以启动聚变试验工厂设计，但研究人员表示，核聚变能源商业化仍需数年甚至数十年时间。
罗切斯特大学激光能量学实验室高级科学家乔纳森·戴维斯说：“许多人喜欢用飞行作喻，这就像是莱特兄弟的飞机首次离地。而商业化聚变能源则相当于定期执飞全球客运航班。”
贝尔法斯特女王大学物理学教授贾恩卢卡·萨里（未参与此次突破）指出，首先需要解决技术难题。
其中包括劳伦斯利弗莫尔实验室用于触发聚变反应的激光器效率低下问题。戴维斯博士称，这些激光器效率不足1%。国家点火装置在近期实验中消耗数百兆焦耳电力产生激光，仅获得约3兆焦耳聚变能量——这些能量仅能烧开约10壶水。
“一个激光聚变发电厂需要每秒发射大约10次才能提供合理的电力输出，”戴维斯博士说。
为什么实现核聚变如此困难？
将多个氢原子核结合在一起并不容易——每个原子核都带正电荷，因此存在一种自然力会排斥两个原子，阻止它们融合。需要极高的温度和压力来克服这种电斥力，使原子核能够足够接近并保持足够长的时间以发生聚变。我们的太阳和其他恒星就是通过这一过程提供能量的；这些天体的巨大引力和极高温度创造了聚变发生的条件。
在地球上的实验室中复制这些极端条件具有挑战性。利弗莫尔实验室的激光器帮助将氢原子加热到超过1.8亿华氏度的温度，并施加超过地球大气压1000亿倍的压力。
“这项实验首次证明，这可以在实验室环境中完成，而不是在恒星中，”英格兰牛津附近卢瑟福·阿普尔顿实验室中央激光设施的高级等离子体物理学家罗比·斯科特博士说，他并未参与最近的实验。
50多个国家的研究人员正在进行核聚变和等离子体物理研究。
核聚变能源可以如何利用？
国际原子能机构表示，聚变可以用于商业发电。但根据白宫科技政策办公室的说法，还可以开发其他潜在应用，如氢气生产、海水淡化、二氧化碳直接空气捕获和电燃料生产。
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