能源,在人类的发展史中,具有不可忽视的作用。从原来的煤炭,到后期的石油,再到现在的电力等新能源,无不是在为人类的发展“效力”。
当然,这些能源的使用,在为人类带来便利的同时,也给地球带来了一定程度上的损害。
不过,现在人们已经发现了一种效率更高,也更加环保的新型能源,平均每1克的燃料则可以产生大约与8吨石油相等的能量。
有相关专家称,这种技术的诞生在不久之后很有可能成为替代石油的新型能源燃料。
这种堪称能够颠覆人类现有能源结构的技术,就是可控核聚变技术。
从名字就能够看出,可控核聚变技术的根本,其实就是核技术,也就是从字面上能够反映出的“能够对核聚变反应进行可控的、可持续进行反应的技术”。
这种技术听起来似乎有些“神乎其神”,因为在目前人们的认识中,核工业伴随着巨大的能量释放,比如最初在日本爆炸的两枚核弹,还有苏联的切尔诺贝利核事故、美国的三里岛核事故等等,都给人们带来的巨大的伤害。
但实际上这些都是对核裂变技术没有有效掌控所产生的事故,而核聚变技术则与这种核裂变技术有所不同。
从物理概念上来解释,两个氘原子在一定的条件下,核外电子会摆脱原子核原本的束缚力,从而让两个原子的原子核聚到一起,从而生成质量更高的原子核。
同样,在这个相互聚合的过程中会释放出大量的电子和中子,同时也会产生大量的能量。
在这个过程中,前期的原子核相聚到一起的过程,就是核聚变,而后期的分裂过程,如果继续扩散下去并且不断地发生裂变,就形成了类似核弹以及核反应堆的核裂变过程。
早在1933年,科学家就已经发现了核聚变的概念,而在那五年之后才发现核裂变。简单理解,就是人们是先发现了核聚变过程,随后才发现核裂变。
不过,在科学的应用方面,科学家出于战争的考虑,最先采用了核裂变的方式制造出了核弹。
相对来说,核裂变的技术要比核聚变的技术要求要简单,因为释放远比束缚要更加容易达成。所以在很长一段时间里,世界各国的科学家都是在对核裂变进行研究,反倒是对核聚变的研究相对滞后。
而在研究核聚变技术的领域中,我国两弹一星的功勋人物王淦昌则成了惯性约束这种理论的奠基人,更是成为了我国乃至世界核聚变领域的引路者之一。
最初,人们并没有意识到核聚变的巨大商用价值,核聚变的应用也大多停留在理论阶段。
但是从上世纪50年代开始,人们逐渐意识到了对能源的过度使用会影响到自然环境的平衡,于是开始寻找一种更加环保、更加具有经济性的新能源。
不过,当时的人们在对于研发核聚变过程中,却出现了一种十分尴尬的情况,那就是为了发电而研究的核聚变,反倒在聚变的过程中消耗了更多的电能。所以这种核聚变技术的发展虽然一直都在持续,但进展还是十分缓慢。
都说科技的进步,是像堆积木一样不断累积的产物。同样,在对于核聚变反应的发展过程中,起初因为技术和材料无法符合要求,所以技术的发展才“束手束脚”发展缓慢。
但是随着科学技术的不断发展,各种束缚发展的壁垒也逐渐被打破。
从2003年开始,我国在HL-2A装置也就是“环流二号”的首次物理实验中成功实现了偏滤器位形运行。
虽然这仅仅是一次可控核聚变实验中的一个初期实验,但实际上却已经超过了当时世界上许多国家的水平。
就是这样的一个技术性突破,就已经让当时许多国家纷纷向我国靠拢。2006年,日本、韩国、俄国、印度以及欧盟,与我国共同签署了一系列有关核聚变的国际协定,正式开始了与我国的核聚变技术合作,而国际上的核聚变试验堆组织在2007年才刚刚成立。
在核聚变研究界中,通常会用“太阳”来形容可控核聚变,主要是因为一个自由中子被释放时,所放出的能量能够达到17.6兆电子伏的超强能量,在形式上是能够与持续发光发热的太阳所相比。
而我国的环流二号装置在2009年再一次实现了高约束模放电之后,更新一代的“环流三号”则在2023年8月实现了100万安培的高约束模式实验,再一次领先世界。
有人曾经提出过问题,就是这种技术一直都在研究,那么什么时候能够真正投入到人们的生产生活中呢?
其实,这种问题是没有一个固定答案的,因为对于一种具有颠覆性革命意义的实践过程,谁也没有办法给出一个确定的时间。但是,从美国以及西方国家的紧张程度,就可以看出来这一项技术的重要性。
在2024年7月的《华尔街日报》中,美媒强调了核聚变技术在清洁能源领域中的重要性,也说明了世界各国对于这种技术的渴求,但同样说明了美国的进度与中国相比已经相差了很多。
已经有越来越多的美国专家表示,美国的领先优势已经越来越小,在两三年之后很可能将会被中国全面赶超。
从资金投入方面来看,中国在最近十年的相关领域投资,已经几乎达到了美国所设定财政预算的两倍,并且发展的方向也已经不仅限于科研,而是开始面向商业化、市场化的运作。
的确,我国在取得“新一代人造太阳”环流三号的技术突破的同时,也开放了民间商业化的开发市场,陕西西安的星环聚能公司已经将“太阳”的温度提升到了1500万摄氏度,在上海、安徽、河北等地区,同样也有多家民营企业正在着力于相关技术的研发和突破。
根据这些企业的研发进度和对外宣传来看,在2032年前后就已经可以实现商业化发电。
相比之下,美国的聚变行业协会在2023年发布的年度报告中,对目前美国的参与核聚变企业的整体进展进行了评估和预测,认为至少在2035年之前才可以真正将核聚变电厂投入使用。
我国的科研人员是在想着如何能够尽快将这种新技术转变为能够为人们服务的商品,而美国方面则想着什么时候会失去自己的领导地位。或许这就是两国之间的差距。
正如我国中科院院士詹文龙所说的,从能源开发的角度来看,可控核聚变技术的应用,将会能够成为替代石油、天然气等化石能源的使用,从而彻底改变目前人类社会对于能源的使用形式。
参考资料:
[1]《中科院院士詹文龙:可控核聚变,百万倍能量的未来能源》每日经济新闻
[2]《可控核聚变技术发展前瞻与哲学反思》中国矿业大学学报
[3]《可控核聚变商业化应用进程加速》中国城市报
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