
世界因科學創新而繁榮??v觀歷史,創新一直是社會進步的驅動力,解決各種挑戰并開辟新的可能性。減緩氣候變化也不例外。技術創新,尤其是能源領域的技術創新,對于解決我們面臨的環境挑戰至關重要。其中一項突破性創新就是核聚變。
核聚變與目前核電站使用的核裂變過程有很大不同。核裂變涉及將重原子核分裂成較小的原子核,并在此過程中釋放能量,而核聚變則相反。它涉及輕原子核(例如氫)的合并形成較重的原子核(例如氦)。這個過程釋放出大量的能量,遠遠超過裂變,使其成為潛在的優質能源。然而,由于引發和維持反應需要極高的溫度和壓力,實現聚變是眾所周知的困難。

核聚變與裂變的圖形比較,這兩種物理過程產生大量能量,產生的能量是其他能源的數百萬倍
2022年,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室取得了里程碑式的成就。那里的研究人員成功地完成了其他人幾十年來未能完成的核聚變過程。他們第一次實現了原子核聚變,產生的能量比啟動該過程所投入的能量還要多。這一突破標志著聚變研究的一個重要里程碑。這種方法稱為慣性約束法。
此外,Lawrence Livermore團隊于今年7月30日成功復制了這一突破性實驗,證實了他們的方法在核聚變領域的一致性和潛力??茖W家們使用激光將兩個輕原子融合成一個,從 2.05MJ 的輸入中釋放出 3.15MJ(兆焦)的能量。這一成就為未來的創新以及我們生產和消費能源方式可能發生的革命鋪平了道路,為應對氣候變化提供了希望的燈塔。
然而,凈能源增益的實現是一個重要的里程碑,但這只是尚未完成的一系列任務中的一步。實現可重復和可持續聚變反應的道路涉及復雜的挑戰,例如完善反應中使用的微小燃料芯塊并不斷改進工藝。
與此同時,日本和歐盟正在尋求不同的核聚變方法。日本 JT-60SA 反應堆最近開始運行,標志著核聚變研究的關鍵時刻,展示了聚變能作為可持續且幾乎無限的能源的潛力。這個托卡馬克反應堆是日本和歐盟的合資企業,是世界上同類反應堆中最大的。這座六層高的 JT-60SA 設施位于東京以北約 85 英里處,可將等離子體加熱到 2 億攝氏度,這是實現聚變反應所需的溫度。托卡馬克設計是一個帶有磁線圈的環形(甜甜圈形)室,幾十年來一直處于可持續綠色能源研究的前沿,旨在復制通過使用氣態氫燃料在強烈條件下產生氦等離子體來為太陽提供動力的過程。
然而,值得注意的是,JT-60SA 及其歐洲同行國際熱核實驗反應堆 (ITER) 的主要目標是證明可擴展聚變能源的可行性。目前正在歐洲建設的 ITER 預計將于 2025 年左右開始運營,盡管自 2011 年啟動以來面臨著諸多挑戰。
雖然利用核聚變作為清潔能源主要來源的夢想可能還需要幾十年的時間,但國際合作正在積極努力加快這一進程。這種合作的一個值得注意的例子是最近英國和美國之間的核聚變協議。該協議標志著兩國在聚變研究、匯集資源、專業知識和技術進步方面向前邁出了實質性一步。通過分享科學發現、技術創新和資金,該協議旨在克服使聚變能源成為現實所固有的復雜挑戰。在這個領域,實現突破所需的專業知識和資源超出了任何一個國家的能力范圍,這種國際合作至關重要。
除了英美伙伴關系之外,其他國家也在共同努力推進核聚變研究。法國的 ITER 項目是全球努力的一個典型例子,涉及歐盟、印度、日本、中國、俄羅斯、韓國和美國。這個國際核聚變研究和工程大型項目是當今世界上最雄心勃勃的能源項目之一。它旨在證明聚變作為大規模和碳中性能源的可行性。此次合作的規模和多樣性凸顯了全球對聚變能潛力的認可以及釋放其可能性的集體承諾。
此外,美國總統氣候特使約翰·克里在COP28上公布了全面的核聚變戰略。該戰略旨在將核聚變納入減緩氣候變化和可持續能源發展的更廣泛框架中。這一戰略的復雜性不僅涉及聚變能的科學和技術方面,還涉及監管、財務和基礎設施方面的挑戰。它認識到需要支持性政策、國際監管框架和公私伙伴關系來促進聚變技術的研究和開發。該戰略還強調了環境和安全標準在聚變反應堆開發中的重要性,確保這種未來能源符合全球可持續發展和氣候目標。
核聚變的未來創新有望向清潔能源替代品轉型。COP28 在這一演變中發揮著關鍵作用,推動核聚變議程向前發展。
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