人造恒星產(chǎn)生清潔、廉價(jià)、幾乎無(wú)限的能源。就像瓦坎達(dá)的振金一樣，聽(tīng)起來(lái)好得令人難以置信。但這就是一些科學(xué)家在不斷增長(zhǎng)的私人資金的支持下，相信核聚變最快可以在下個(gè)十年實(shí)現(xiàn)。

懷疑論者會(huì)指出，從事核聚變研究的科學(xué)家們一直聲稱(chēng)距離核聚變還有十年之久。我們已經(jīng)擁有可以從太陽(yáng)、風(fēng)和海浪中產(chǎn)生清潔、廉價(jià)和無(wú)限電力的技術(shù)。

但是，雖然他們不質(zhì)疑可再生能源投資的緊迫性或仍有障礙需要克服，但核聚變倡導(dǎo)者可以指出最近的科學(xué)突破。他們認(rèn)為，明星力量可以幫助世界擺脫和擺脫化石燃料，尤其是在本世紀(jì)中后期。

聚變工業(yè)協(xié)會(huì)的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，核聚變研究的資金在 2021 年至 2022 年間翻了一番多，達(dá)到 48 億美元，其中絕大多數(shù)來(lái)自私人來(lái)源。

這些融合公司越來(lái)越有信心。在接受調(diào)查的公司中，93% 的公司認(rèn)為聚變發(fā)電將在 2030 年代或更早之前并入電網(wǎng)，在 2021 年同一問(wèn)題上增加了 10%。

財(cái)務(wù)支持者包括雪佛龍和埃尼等化石燃料公司、美國(guó)科技巨頭谷歌和日本企業(yè)集團(tuán)住友商事。

硅谷的風(fēng)險(xiǎn)投資家也在押注它，比如科技投資人山姆奧特曼、亞馬遜老板杰夫貝索斯和唐納德特朗普支持的億萬(wàn)富翁彼得泰爾。

什么是核聚變？

當(dāng)我們談?wù)摵穗娬竞秃藦棔r(shí)，我們談?wù)摰氖呛肆炎?。那就是將一個(gè)原子核一分為二，產(chǎn)生大量能量，你可以用它來(lái)旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)發(fā)電或在爆炸中釋放。

核聚變通過(guò)將氫核粉碎在一起產(chǎn)生熱量并旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)來(lái)發(fā)電來(lái)產(chǎn)生能量。減去渦輪機(jī)，它就是太陽(yáng)和其他恒星如何產(chǎn)生能量，為地球上的生命提供動(dòng)力。麻省理工學(xué)院（MIT）核聚變教授丹尼斯·懷特（Dennis Whyte）表示，追求核聚變只是在聽(tīng)“大自然母親”。

“傾聽(tīng)她的意見(jiàn)非常重要，”他在 TED 演講中說(shuō)。“她已經(jīng)告訴我們，聚變是宇宙的動(dòng)力源泉。”

它什么時(shí)候可以啟動(dòng)和運(yùn)行？

核聚變開(kāi)發(fā)商的時(shí)間表各不相同。

與懷特合作的 Commonwealth Fusion Systems 希望在 2025 年建立并運(yùn)行一個(gè)示范工廠(chǎng)，并在 2030 年代初向電網(wǎng)出售電力。

美國(guó)政府正在與私營(yíng)公司合作，計(jì)劃在 2030 年前后建立試點(diǎn)工廠(chǎng)。一份由政府贊助的 2021年報(bào)告更為保守，指出 2035-40 年是一個(gè)合理的目標(biāo)。

主要由歐盟資助的 Iter計(jì)劃到 2050 年產(chǎn)生“工業(yè)規(guī)模”的聚變能。

Iter 的一位發(fā)言人告訴氣候之家，他們?cè)?2 月份取得了突破，當(dāng)時(shí)英格蘭的聯(lián)合歐洲環(huán)面 (JET) 聚變機(jī)產(chǎn)生了創(chuàng)紀(jì)錄的能量。

雖然這種能量只夠煮 60 個(gè)水壺，但發(fā)言人表示，這證明了與 Iter 類(lèi)似的機(jī)器 JET 可以按預(yù)期工作。

“這表明，如果我們按照設(shè)計(jì)成功構(gòu)建 Iter，Iter 機(jī)器將按預(yù)期運(yùn)行——或者更好，”發(fā)言人說(shuō)。

英國(guó)新成立的脫歐后高級(jí)研究和發(fā)明機(jī)構(gòu) (ARIA) 希望在 2040 年之前通過(guò)在電網(wǎng)上獲得聚變發(fā)電來(lái)?yè)魯?Iter。

中國(guó)也有核聚變計(jì)劃。

干凈嗎？

有點(diǎn)兒。燃燒化石燃料會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，而聚變反應(yīng)只會(huì)排放氦氣。這不會(huì)導(dǎo)致氣候變化，并且呼吸是安全的。數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的父母讓他們的孩子吸入它，用有趣的高音說(shuō)話(huà)。

就像核裂變一樣，核聚變會(huì)產(chǎn)生放射性物質(zhì)，這些物質(zhì)必須儲(chǔ)存起來(lái)，直到放射性消退。

佐治亞理工大學(xué)核工程教授 Shaheen Dewji 淡化了對(duì)這種廢物的擔(dān)憂(yōu)。

她說(shuō)，“活性成分”將“易于管理”和“不可分散（即金屬片）”，這意味著它們不會(huì)引起危險(xiǎn)的輻射。她說(shuō)，核工業(yè)在處理這類(lèi)廢物方面擁有“豐富的經(jīng)驗(yàn)”。

融合倡導(dǎo)者說(shuō)，浪費(fèi)不是“長(zhǎng)壽”的，而是多長(zhǎng)時(shí)間？

Iter 說(shuō)它可以在 100 年內(nèi)回收或再利用，馬克斯普朗克研究所表示，在 100-500 年后，放射性下降到與煤灰相似的水平。

這與核裂變工業(yè)的說(shuō)法類(lèi)似——雖然他們的廢物“在數(shù)十萬(wàn)年內(nèi)都是弱放射性的，但可能導(dǎo)致健康問(wèn)題的廢物主要成分的放射性將在幾年內(nèi)衰減到安全水平。一百年”。

安全嗎？

是的。俄克拉荷馬大學(xué)的研究表明，美國(guó)人將“核能”與“危險(xiǎn)”、“輻射”和“爆炸”等詞聯(lián)系在一起。

他們?cè)谶@里想到的是核裂變，當(dāng)美國(guó)轟炸廣島和長(zhǎng)崎以及切爾諾貝利核電站爆炸時(shí)，核裂變?cè)斐闪舜笠?guī)模破壞。

但是，撇開(kāi)關(guān)于裂變安全性的爭(zhēng)論不談，聚變的動(dòng)力學(xué)是完全不同的。

核裂變反應(yīng)堆必須保持涼爽。切爾諾貝利、福島和三哩島的熔毀都是冷卻失敗的結(jié)果。同樣，目前對(duì)烏克蘭扎波羅熱發(fā)電廠(chǎng)的擔(dān)憂(yōu)是冷卻系統(tǒng)將被禁用。

相比之下，核聚變反應(yīng)堆必須保持非常熱，大約 1 億攝氏度。如果加熱系統(tǒng)關(guān)閉，反應(yīng)只會(huì)失敗。

Dewji 說(shuō)：“原則上，由于發(fā)生聚變反應(yīng)所需的條件，聚變本質(zhì)上比裂變（仍然安全）更安全。”

建起來(lái)便宜嗎？

還沒(méi)有。30,000 名建筑工人 24/7 全天候?yàn)?Iter 在法國(guó)南部建造一座聚變反應(yīng)堆。它估計(jì)耗資 200 億歐元（200 億美元），原定于 2016 年開(kāi)放。

懷特在麻省理工學(xué)院的學(xué)生取得 了突破，他說(shuō)這將使反應(yīng)堆變得更小、更便宜和更快地建造。

要獲得強(qiáng)大的反應(yīng)堆，您必須保持其中的物質(zhì)（等離子體）穩(wěn)定。太陽(yáng)通過(guò)其龐大的尺寸產(chǎn)生了自己的磁場(chǎng)來(lái)做到這一點(diǎn)。

為了在地球上做到這一點(diǎn)，聚變反應(yīng)堆使用強(qiáng)大的環(huán)形磁鐵。磁鐵的力量越大，反應(yīng)堆的威力就越大。

但是磁鐵的功率是有限的，因?yàn)樗鼈円揽客ㄟ^(guò)銅線(xiàn)傳輸?shù)碾娏\(yùn)行。如果磁鐵打開(kāi)超過(guò)幾秒鐘，電流會(huì)燒掉銅。

懷特向他的麻省理工學(xué)院學(xué)生提出了這個(gè)問(wèn)題，他們提出了用不加熱的材料（稱(chēng)為超導(dǎo)體）代替銅的解決方案。

使用這些超導(dǎo)體，麻省理工學(xué)院的一個(gè)名為 Commonwealth Fusion Systems 的衍生公司希望制造更強(qiáng)大的磁鐵來(lái)利用等離子體。

由于它們更強(qiáng)大，磁鐵可以比 Iter 的 17 米高的磁鐵更小，反應(yīng)堆也更小、更便宜且建造速度更快。

跑步便宜嗎？

還沒(méi)有。由于它尚未商業(yè)化生產(chǎn)，因此很難預(yù)測(cè)核聚變最終會(huì)花費(fèi)多少。

它的倡導(dǎo)者說(shuō)，一旦技術(shù)被整理出來(lái)，它會(huì)很便宜，因?yàn)樗娜剂虾茇S富。

當(dāng)他們這么說(shuō)時(shí)，他們?cè)谡務(wù)撾?。它存在于任何水源中，每克僅需13 美元。

懷特說(shuō)，波士頓港的最上面一英寸將為波士頓提供核聚變 100 年所需的所有氘。

為了制造核聚變能量，你將氘粉碎成另一種稱(chēng)為氚的氫。

這要難得多。它在自然界中很少存在，雖然可以人工制造，但每克成本約為 30,000 美元。一個(gè) 800 兆瓦的核聚變反應(yīng)堆每天需要大約 300 克。這將花費(fèi)超過(guò) 30 億美元每年為130,000 戶(hù)家庭供電。

懷特告訴氣候之家，氚“不是燃料”，“更像是催化劑”。

換句話(huà)說(shuō)，你不需要一直往反應(yīng)堆里加入氚，你只需要在開(kāi)始的時(shí)候一點(diǎn)點(diǎn)，然后聚變反應(yīng)本身就會(huì)產(chǎn)生更多。

現(xiàn)在大約有 30 公斤的氚，主要在加拿大。“這足以啟動(dòng)核聚變經(jīng)濟(jì)，”他說(shuō)。

還需要鋰。它排列在核聚變反應(yīng)堆的墻壁上，科學(xué)家們希望它能夠與氫相互作用以保持氚在周?chē)鲃?dòng)。

與氚相比，鋰相對(duì)豐富，被開(kāi)采用于電動(dòng)汽車(chē)電池。

它受歡迎嗎？

現(xiàn)在說(shuō)還為時(shí)過(guò)早。在俄克拉荷馬大學(xué)研究公眾對(duì)核裂變的看法的 Kuhika Gupta 告訴氣候之家，“大多數(shù)人都會(huì)對(duì)聚變的想法持開(kāi)放態(tài)度”。

她預(yù)測(cè)，這種支持將類(lèi)似于所謂的“先進(jìn)裂變”反應(yīng)堆的水平，這種反應(yīng)堆比現(xiàn)有的核裂變反應(yīng)堆更受歡迎。

她說(shuō)：“許多這些最初的觀點(diǎn)將基于技術(shù)樂(lè)觀和創(chuàng)新的積極理念，但隨著技術(shù)的發(fā)展以及支持和反對(duì)融合的倡導(dǎo)聯(lián)盟的形成，我們可以預(yù)期這些最初的觀點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化。”

一些核聚變支持者希望將其稱(chēng)為“聚變技術(shù)”，以避免“核”這個(gè)詞的負(fù)面含義。