核聚變一直是白日夢，但它實際上可能正處於商業可行性的風口浪尖

英國的 JET 實驗室最近設法在五秒鐘內產生並保持相對較高的熱能水平，這是核聚變可行性的一個有希望的跡象

在充滿前景的凈零解決方案領域，核聚變在其範圍和雄心上脫穎而出。通過成功複製為太陽提供動力的反應，人類可以——用斯蒂芬·霍金的話來說——釋放「取之不盡、用之不竭的能源，沒有污染或全球變暖」。然而，聚變發展幾十年來一直以冰川般的速度前進，突破充其量只是斷斷續續的。

這可能即將改變。通過全面的國際合作和數十億美元的公共和私人投資，科學家們最近在聚變反應的持續時間和可能的功率輸出方面取得了一系列有意義的進展。

核裂變——驅動傳統核電站的過程——涉及原子的分裂，而當一對輕原子核結合形成一個較重的原子核時，就會發生聚變。發生這種情況時，會釋放出巨大的能量：是裂變的四倍，是化石燃料燃燒的近 400 萬倍。從安全的角度來看，核熔毀幾乎是不可能的，只會產生少量相對短壽命的放射性廢物。

一個由中國、俄羅斯、美國和幾個歐洲政府支持的全球物理學家聯盟正在追求聚變令人難以置信的承諾。隨著資金龍頭的開放，最近在克服一系列科學挑戰方面取得了重大進展——尤其是引發聚變反應所需的巨大溫度。在太陽的核心，原子在大約 1000 萬攝氏度的溫度下結合；在地球上，那裡的引力小得多，所需的熱量至少是原來的 10 倍。

由於沒有任何已知材料能夠承受如此灼熱的溫度，科學家們設計了不同的方法來限制超熱等離子體——一種發生聚變的帶電粒子云——以允許持續的能量輸出。在加利福尼亞州，國家點火裝置 (NIF)正在開發使用高功率激光將聚變燃料壓縮到一個微小空間中，而世界其他地方的研究人員則傾向於通過強磁場進行限制。

有希望的進展

聯合歐洲環面（JET）是後者的先驅。總部位於英國的 JET 實驗室打破了自己的聚變能世界紀錄，最近成功地在五秒鐘內產生並保持了相對較高的熱能水平。產生的能量略低於 60 兆焦耳 (MJ)——僅夠燒開幾十個水壺——但它標誌著在尋求持續聚變能方面向前邁出了重要一步。

「5 秒脈衝和 59 MJ 的能量產生可能聽起來並不多，但它表明我們能夠實現持續放電，從而產生高聚變產率，」核物理學家 Joelle Mailloux 說，他是共同領導JET研究團隊。「我們現在有了未來擴大運營規模的藍圖，目標是將產出維持在幾秒鐘以上。」

然而，全球聚變研究仍面臨巨大障礙。JET 破紀錄的實驗使用的能量比它產生的能量多得多——聚變產生的凈能量增益尚未在任何地方得到證明——而用於容納等離子體的磁鐵加熱速度太快，無法長時間運行。

儘管如此，正在取得進展。今年早些時候，中國科學家設法維持了 17 分鐘的聚變反應——儘管使用的燃料來源不適合大規模發電。然後是國際熱核實驗反應堆 (ITER)——世界上最雄心勃勃的聚變項目，一切進展順利，將在 20 世紀中期投入運行。

根據即將退役的 JET 計劃的數據，法國南部規模大得多的 ITER 設施正在用能夠承受更高溫度的材料建造，理論上允許聚變實驗運行足夠長的時間以產生更多的能量比他們消費。但專家表示，這不太可能在 2040 年代後期之前發生，而且當它發生時，也不知道聚變能將以多快的速度變得具有成本效益。

「一連串的初創公司」

另一個嚴重的問題圍繞著氫的兩種形式，即氘和氚，它們用於為 ITER 的聚變反應提供燃料。氘可以從海水中大量提取，但氚卻異常稀有（據認為全世界僅存在20 千克）。為了克服這一缺陷，正在探索在聚變過程中「繁殖」氚的技術，Mailloux 說，但同樣，該技術可能需要幾十年才能實現。

進入私營企業。近年來，在數十億美元的風險資本投資的推動下，湧現出一大批尋求替代聚變解決方案的初創公司。其中包括谷歌和雪佛龍支持的 TAE Technologies，這是一家總部位於加利福尼亞的公司，開發無氚聚變反應堆。

TAE 首席執行官 Michl Binderbauer 相信，通過用非放射性氫硼替代稀有的氚氫同位素，他的團隊可以避免圍繞燃料可用性的問題，並在 2030 年代初實現商業能源生產。

「我們的機器比其他聚變反應堆要緊湊得多；Binderbauer 說：「一個小城市可以由大約兩輛雙層巴士大小的汽車供電。」 「這意味著它們將更容易集中製造，釋放規模經濟。」

Binderbauer 聲稱，在定價方面，TAE 是看漲的——每千瓦時的成本將從中間開始，介於高端的核裂變和底部的天然氣之間。隨著製造複雜部件的成本下降，能源價格也會下降。

然而，並非全球科學界的所有人都如此自信。作為 1960 年代的一名物理學本科生，澳大利亞格里菲斯大學的綠色能源專家、名譽教授伊恩·洛 (Ian Lowe) 第一次聽說商業聚變能源至少還需要 50 年的時間。半個多世紀後，他擔心情況仍然如此。

「是的，取得了令人興奮的進展，但最終所有可能的聚變反應堆仍處於研究階段，我們現在需要清潔能源解決方案，」Lowe 說。「我們已經擁有可以產生具有成本效益的零碳電力的可再生能源；擴大這些規模需要成為我們的重點。」