聚变技术快速迭代人类离能源自由还有多远_风闻

一种终极能源正在从科幻变成现实。

如果两个原子核相互碰撞发生聚变反应，就会释放巨大能量，将能量收集、利用，让其发电，商业价值不可限量。这就是资本市场上被热捧的可控核聚变概念，有人称之为终极能源。因为与常规能源相比，它有数量级上的优势。

“可控核聚变带来的不是量变，而是质变，它可以推动人类文明进程的跃迁。”新奥能源研究院院长刘敏胜说。

可控核聚变的技术路线有多条，以燃料角度有氘氚聚变、氢硼聚变，以约束角度有磁约束、惯性约束、激光约束等等。目前不少专家认为，现有技术路线中最具有商业化应用可行性的是氢硼聚变，因为其燃料丰富易得，成本低，安全环保，能高效直接发电。

神奇的聚变

与可控核聚变相比，目前所有的能源都算是常规能源。

从反应原理上看，煤炭、石油是将化学能转化为电能，风电是将风的动能转化为电能，光伏是将光能转化为电能，而核聚变是将核反应中的质量亏损转化为能量，进而转化为电能，遵循的是质能方程（E=mc²）。

西安交通大学物理学院教授赵永涛介绍：“从当量上来讲，一次核反应或者一次核聚变释放的能量，比一次化学反应释放的能量高100万倍，甚至更多。所以一旦核反应起来或核燃烧起来，那比化学燃烧的功率要大得多。”

核聚变的前提是两个较轻的原子核克服相互之间的库仑力，发生碰撞，聚成相对较重的核，在此过程中会损失质量，转变成能量。氘氚聚变是核聚变的典型反应，一个氘原子核和一个氚原子核结合，变成一个氦原子核和一个中子，以及能量。

这个能量是巨大的，氘核质量为2.0141u（原子质量单位），氚核质量是3.0161u，氦核质量4.0026u，中子质量为1.0087u。此聚变反应中的质量损失是0.0189u，按照E=mc²来计算，对应能量约17.6MeV（兆电子伏）。无数的原子核相聚合会叠加指数级的能量。人类对核聚变的应用分为可控与不可控，氢弹属于不可控，如果利用核聚变的能量来发电，即是可控核聚变。

与核聚变相对应的核裂变，早已实现了商业化，典型的是核电站。裂变的原理与聚变相似，只不过是“反着来的”，它是由一个重原子核（如铀-235）分裂成两个中等质量原子核（如钡和氪），同时释放中子。核裂变过程中也有质量亏损，转化为巨大能量。

核裂变的反应条件相对宽松，不需要高温高压。核电站通过缓慢的链式反应稳定地释放核能，这些能量被用来加热水并产生蒸汽，进而推动发电机的轮机转动，最终转化为电能。

核聚变的反应条件却相当苛刻，需要上亿的温度以及足够高的压力，形成高密度等离子体，同时还要通过某些手段对等离子体形成约束。

走在商业化的路上

但直至目前，可控核聚变仍停留在实验阶段，而绝大多数实验仅已证明其科学可行性，并没有验证其商业性。但有一种聚变路线已经显现出商业化潜质。

以氘氚作为燃料的聚变，氚的成本高，有辐射。氢硼聚变由氢原子核和硼原子核发生聚合反应，生成氦原子核，即α粒子，无中子。氢硼在自然界中储量丰富，具备经济性，α粒子穿透力小，具备安全性。

新奥集团经过广泛调研，选择了氢硼聚变的路线。早在2017年新奥就开始了聚变商业化技术研发，布局球形环氢硼聚变技术。

新奥聚变实验首席科学家石跃江表示：“新奥的目标明确，就是要实现聚变能源的商业化。我们的研究都围绕着这个目标，制定了严格的计划和时间表。2035年我们要验证氢硼聚变商业化可不可行，从那个时间点倒排。我们要做四个装置，每个装置的时间节点是多少，目标是什么，都是很清楚的，一环扣一环，所以我们的装置迭代升级非常快。”

据了解，2018年10月至2019年8月，新奥建成“玄龙-50”装置，这是一个中等规模的球形环物理实验装置。它的电流驱动曾达到170kA，创造了电子回旋波（ECRH）无感驱动世界纪录。

2023年7月至2024年1月，“玄龙-50”升级为“玄龙-50U”。升级后的“玄龙-50U”参数指标提升10倍以上，并在2025年实现了百万安培、4千万摄氏度氢硼等离子体放电，以及1.2特斯拉强磁场稳定运行1.6秒的世界纪录，验证了高参数氢硼等离子体的可实现性。同时，新奥并行启动了更高参数的“和龙-2”建设，探索解决氢硼聚变中的关键技术问题。项目预计2027年建成。

仍需全球努力

在全球核聚变领域，对于技术的探讨都是开放的。

7月14日，新奥集团主办的第三届氢硼聚变研讨会汇聚了中、法、德、美等11国近50家顶尖科研机构专家及国际热核聚变实验堆计划（ITER）特派代表。

“聚变能源代表着人类的未来，作为前无古人的复杂系统科学与工程，需要我们以前所未有的力度去开放合作，以前所未有的勇气去创新突破。”刘敏胜说道。

国际热核聚变实验堆（ITER）计划对外发言人拉班·科布伦茨（LabanCoblentz）也认为，“作为全球最大的聚变实验平台，ITER计划汇聚了来自全球的几万名科研人员开展国际协作。新奥在球形环氢硼聚变领域的积极探索，是对全球聚变科研发展的重要贡献。ITER未来希望加强与私营企业的合作，携手推动全球聚变科技加速发展。唯有通力协作，才能使关乎人类未来命运的聚变事业稳步向前。”

但氢硼聚变现在仍有一些难题需要突破，例如氢硼聚变的理想反应温度超过10亿度，目前还远远达不到。不过，“通过非平衡状态的维持、燃料比例优化和反应截面的重新研究，氢硼聚变充满希望。非平衡状态是氢硼聚变能够实现的重点。以往的研究认为核聚变需要等离子体在热平衡状态下才可以实现，后来研究发现，氢硼聚变是可以在非平衡状态下进行的。”西安交通大学外籍教授霍迪在接受记者采访时说。

有专家认为，氢硼聚变终将推动人类从“能源约束时代”迈向“文明能级跃升时代”，新奥也提出了“在2035年进入聚变堆阶段，助力中国发出聚变能源的第一度电”的目标，人类何时能够实现能源自由，还需要全球共同努力。（资钛出品）