能源,在人類的發展史中,具有不可忽視的作用。從原來的煤炭,到後期的石油,再到現在的電力等新能源,無不是在為人類的發展「效力」。
當然,這些能源的使用,在為人類帶來便利的同時,也給地球帶來了一定程度上的損害。
不過,現在人們已經發現了一種效率更高,也更加環保的新型能源, 平均每1克的燃料則可以產生大約與8噸石油相等的能量。
有相關專家稱,這種技術的誕生在不久之後很有可能成為替代石油的新型能源燃料。
這種堪稱能夠顛覆人類現有能源結構的技術,就是可控核融合技術。
從名字就能夠看出,可控核融合技術的根本,其實就是核技術,也就是從字面上能夠反映出的 「能夠對核融合反應進行可控的、永續進行反應的技術」 。
這種技術聽起來似乎有些「神乎其神」,因為在目前人們的認識中,核工業伴隨著巨大的能量釋放,比如最初在日本爆炸的兩枚核彈,還有蘇聯的車諾比核事故、美國的三裏島核事故等等,都給人們帶來的巨大的傷害。
但實際上這些都是對核分裂技術沒有有效掌控所產生的事故,而核融合技術則與這種核分裂技術有所不同。
從物理概念上來解釋,兩個氘原子在一定的條件下,核外電子會擺脫原子核原本的束縛力,從而讓兩個原子的原子核聚到一起,從而生成品質更高的原子核。
同樣,在這個相互聚合的過程中會釋放出大量的電子和中子,同時也會產生大量的能量。
在這個過程中,前期的原子核相聚到一起的過程,就是核融合,而後期的分裂過程,如果繼續擴散下去並且不斷地發生分裂,就形成了類似核彈以及核子反應爐的核分裂過程。
早在1933年,科學家就已經發現了核融合的概念,而在那五年之後才發現核分裂。簡單理解,就是人們是先發現了核融合過程,隨後才發現核分裂。
不過,在科學的套用方面,科學家出於戰爭的考慮,最先采用了核分裂的方式制造出了核彈。
相對來說,核分裂的技術要比核融合的技術要求要簡單,因為釋放遠比束縛要更加容易達成。所以在很長一段時間裏,世界各國的科學家都是在對核分裂進行研究,反倒是對核融合的研究相對滯後。
而在研究核融合技術的領域中,中國兩彈一星的功勛人物王淦昌則成了慣性約束這種理論的奠基人,更是成為了中國乃至世界核融合領域的引路者之一。
最初,人們並沒有意識到核融合的巨大商用價值,核融合的套用也大多停留在理論階段。
但是從上世紀50年代開始,人們逐漸意識到了對能源的過度使用會影響到自然環境的平衡,於是開始尋找一種更加環保、更加具有經濟性的新能源。
不過,當時的人們在對於研發核融合過程中,卻出現了一種十分尷尬的情況,那就是為了發電而研究的核融合,反倒在融合的過程中消耗了更多的電能。所以這種核融合技術的發展雖然一直都在持續,但進展還是十分緩慢。
都說科技的進步,是像堆積木一樣不斷累積的產物。 同樣,在對於核融合反應的發展過程中,起初因為技術和材料無法符合要求,所以技術的發展才「束手束腳」發展緩慢。
但是隨著科學技術的不斷發展,各種束縛發展的壁壘也逐漸被打破。
從2003年開始,中國在HL-2A裝置也就是「環流二號」的首次物理實驗中成功實作了偏濾器位形執行。
雖然這僅僅是一次可控核融合實驗中的一個初期實驗,但實際上卻已經超過了當時世界上許多國家的水平。
就是這樣的一個技術性突破,就已經讓當時許多國家紛紛向中國靠攏。2006年,日本、南韓、俄國、印度以及歐盟,與中國共同簽署了一系列有關核融合的國際協定,正式開始了與中國的核融合技術合作,而國際上的核融合試驗堆組織在2007年才剛剛成立。
在核融合研究界中,通常會用「太陽」來形容可控核融合,主要是因為一個自由中子被釋放時,所放出的能量能夠達到17.6兆電子伏的超強能量,在形式上是能夠與持續發光發熱的太陽所相比。
而中國的環流二號裝置在2009年再一次實作了高約束模放電之後,更新一代的「環流三號」則在2023年8月實作了100萬安培的高約束模式實驗,再一次領先世界。
有人曾經提出過問題,就是這種技術一直都在研究,那麽什麽時候能夠真正投入到人們的生產生活中呢?
其實,這種問題是沒有一個固定答案的,因為對於一種具有顛覆性革命意義的實踐過程,誰也沒有辦法給出一個確定的時間。但是,從美國以及西方國家的緊張程度,就可以看出來這一項技術的重要性。
在2024年7月的【華爾街日報】中,美媒強調了核融合技術在清潔能源領域中的重要性,也說明了世界各國對於這種技術的渴求,但同樣說明了美國的進度與中國相比已經相差了很多。
已經有越來越多的美國專家表示,美國的領先優勢已經越來越小,在兩三年之後很可能將會被中國全面趕超。
從資金投入方面來看,中國在最近十年的相關領域投資,已經幾乎達到了美國所設定財政預算的兩倍,並且發展的方向也已經不僅限於科研,而是開始面向商業化、市場化的運作。
的確,中國在取得「新一代人造太陽」環流三號的技術突破的同時,也開放了民間商業化的開發市場,陜西西安的星環聚能公司已經將「太陽」的溫度提升到了1500萬攝氏度,在上海、安徽、河北等地區,同樣也有多家民營企業正在著力於相關技術的研發和突破。
根據這些企業的研發進度和對外宣傳來看,在2032年前後就已經可以實作商業化發電。
相比之下,美國的融合行業協會在2023年釋出的年度報告中,對目前美國的參與核融合企業的整體進展進行了評估和預測,認為至少在2035年之前才可以真正將核融合電廠投入使用。
中國的科研人員是在想著如何能夠盡快將這種新技術轉變為能夠為人們服務的商品,而美國方面則想著什麽時候會失去自己的領導地位。或許這就是兩國之間的差距。
正如中國中科院院士詹文龍所說的,從能源開發的角度來看,可控核融合技術的套用,將會能夠成為替代石油、天然氣等化石能源的使用,從而徹底改變目前人類社會對於能源的使用形式。