核聚变一直是白日梦，但它实际上可能正处于商业可行性的风口浪尖

英国的 JET 实验室最近设法在五秒钟内产生并保持相对较高的热能水平，这是核聚变可行性的一个有希望的迹象

在充满前景的净零解决方案领域，核聚变在其范围和雄心上脱颖而出。通过成功复制为太阳提供动力的反应，人类可以——用斯蒂芬·霍金的话来说——释放“取之不尽、用之不竭的能源，没有污染或全球变暖”。然而，聚变发展几十年来一直以冰川般的速度前进，突破充其量只是断断续续的。

这可能即将改变。通过全面的国际合作和数十亿美元的公共和私人投资，科学家们最近在聚变反应的持续时间和可能的功率输出方面取得了一系列有意义的进展。

核裂变——驱动传统核电站的过程——涉及原子的分裂，而当一对轻原子核结合形成一个较重的原子核时，就会发生聚变。发生这种情况时，会释放出巨大的能量：是裂变的四倍，是化石燃料燃烧的近 400 万倍。从安全的角度来看，核熔毁几乎是不可能的，只会产生少量相对短寿命的放射性废物。

一个由中国、俄罗斯、美国和几个欧洲政府支持的全球物理学家联盟正在追求聚变令人难以置信的承诺。随着资金龙头的开放，最近在克服一系列科学挑战方面取得了重大进展——尤其是引发聚变反应所需的巨大温度。在太阳的核心，原子在大约 1000 万摄氏度的温度下结合；在地球上，那里的引力小得多，所需的热量至少是原来的 10 倍。

由于没有任何已知材料能够承受如此灼热的温度，科学家们设计了不同的方法来限制超热等离子体——一种发生聚变的带电粒子云——以允许持续的能量输出。在加利福尼亚州，国家点火装置 (NIF)正在开发使用高功率激光将聚变燃料压缩到一个微小空间中，而世界其他地方的研究人员则倾向于通过强磁场进行限制。

有希望的进展

联合欧洲环面（JET）是后者的先驱。总部位于英国的 JET 实验室打破了自己的聚变能世界纪录，最近成功地在五秒钟内产生并保持了相对较高的热能水平。产生的能量略低于 60 兆焦耳 (MJ)——仅够烧开几十个水壶——但它标志着在寻求持续聚变能方面向前迈出了重要一步。

“5 秒脉冲和 59 MJ 的能量产生可能听起来并不多，但它表明我们能够实现持续放电，从而产生高聚变产率，”核物理学家 Joelle Mailloux 说，他是共同领导JET研究团队。“我们现在有了未来扩大运营规模的蓝图，目标是将产出维持在几秒钟以上。”

然而，全球聚变研究仍面临巨大障碍。JET 破纪录的实验使用的能量比它产生的能量多得多——聚变产生的净能量增益尚未在任何地方得到证明——而用于容纳等离子体的磁铁加热速度太快，无法长时间运行。

尽管如此，正在取得进展。今年早些时候，中国科学家设法维持了 17 分钟的聚变反应——尽管使用的燃料来源不适合大规模发电。然后是国际热核实验反应堆 (ITER)——世界上最雄心勃勃的聚变项目，一切进展顺利，将在 20 世纪中期投入运行。

根据即将退役的 JET 计划的数据，法国南部规模大得多的 ITER 设施正在用能够承受更高温度的材料建造，理论上允许聚变实验运行足够长的时间以产生更多的能量比他们消费。但专家表示，这不太可能在 2040 年代后期之前发生，而且当它发生时，也不知道聚变能将以多快的速度变得具有成本效益。

“一连串的初创公司”

另一个严重的问题围绕着氢的两种形式，即氘和氚，它们用于为 ITER 的聚变反应提供燃料。氘可以从海水中大量提取，但氚却异常稀有（据认为全世界仅存在20 千克）。为了克服这一缺陷，正在探索在聚变过程中“繁殖”氚的技术，Mailloux 说，但同样，该技术可能需要几十年才能实现。

进入私营企业。近年来，在数十亿美元的风险资本投资的推动下，涌现出一大批寻求替代聚变解决方案的初创公司。其中包括谷歌和雪佛龙支持的 TAE Technologies，这是一家总部位于加利福尼亚的公司，开发无氚聚变反应堆。

TAE 首席执行官 Michl Binderbauer 相信，通过用非放射性氢硼替代稀有的氚氢同位素，他的团队可以避免围绕燃料可用性的问题，并在 2030 年代初实现商业能源生产。

“我们的机器比其他聚变反应堆要紧凑得多；Binderbauer 说：“一个小城市可以由大约两辆双层巴士大小的汽车供电。” “这意味着它们将更容易集中制造，释放规模经济。”

Binderbauer 声称，在定价方面，TAE 是看涨的——每千瓦时的成本将从中间开始，介于高端的核裂变和底部的天然气之间。随着制造复杂部件的成本下降，能源价格也会下降。

然而，并非全球科学界的所有人都如此自信。作为 1960 年代的一名物理学本科生，澳大利亚格里菲斯大学的绿色能源专家、名誉教授伊恩·洛 (Ian Lowe) 第一次听说商业聚变能源至少还需要 50 年的时间。半个多世纪后，他担心情况仍然如此。

“是的，取得了令人兴奋的进展，但最终所有可能的聚变反应堆仍处于研究阶段，我们现在需要清洁能源解决方案，”Lowe 说。“我们已经拥有可以产生具有成本效益的零碳电力的可再生能源；扩大这些规模需要成为我们的重点。”