美国政府科学家经历数十年的研究，据报终于在位于加州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室，首次成功在核聚变反应中取得净能量增长（Net energy gain），被视为能源技术发展的重大突破，踏出提供廉价洁净能源的关键一步。

科学家自20世纪50年代以来一直试图复制为太阳提供动力的核聚变反应，但从未有人成功在核聚变反应中取得净能量增长，意味产生的能源比消耗的更少，净能量增长亦因此被视为能源技术发展的里程碑之一。

“无限零碳能源目标关键一步”

英国《金融时报》前日引述3名了解加州实验初步结果的人士报道，联邦劳伦斯利弗莫尔国家实验室的美国政府科学家，在过去两周的一次核聚变实验中首次实现净能量增长，甚至称“朝着无限、零碳能源的目标迈出关键一步。”该实验室采用了一种名为惯性约束聚变（Inertial confinement fusion）的方法，即用世上最大激光撞击一颗微小的氢等离子体颗粒。

消息人士续称，该核聚变反应产生了约2.5兆焦耳的能量，约为激光器2.1兆焦耳能量的120%。不过，实验室指出，初步诊断数据表明，国家点火设施进行的实验是“成功的”。但由于产生的确切能量仍在确定中，所以目前无法确认它是否超过了阈值。实验室强调“分析仍在进行中，因此在这个过程完成之前公布信息……是不准确的。”

能源部今将宣布“重大科学突破”

其中两名消息人士亦称，能量产出超出了预期，导致部分测量设备损坏，使分析工作变得复杂。他们还表示，科学界已在广泛讨论这一突破。另一方面，美国当局亦谨慎处理消息。能源部表示，当局将于今日在劳伦斯利弗莫尔国家实验室正式宣布“一项重大科学突破”，但拒绝进一步置评。

一杯氢燃料可为一户供电数百年

等离子体物理学家特瑞尔评论称，如果这消息得到证实，我们将见证一个历史时刻。正开发类似核聚变技术的英国初创企业First Light Fusion表示，这一潜在突破“改变游戏规则”，对核聚变发电来说意义重大。不过技术距离商业用途至少仍有十年至数十年的时间。

核聚变科学是利用极高速度将两个原子粉碎，将过程产生的能源转化为电力，不会排放碳到大气层，亦不会产生放射性废物，有助对抗气候变化和改善贫穷，被视为廉价洁净能源的“圣杯”。理论上，一小杯氢燃料在核聚变下可为一户人提供数百年的电力。

值得一提的是，耗资35亿美元（约272亿港元）的实验室最初是为了通过模拟爆炸来测试核武器，但后来被用于推进聚变能研究。去年，它在一次聚变反应中产生了1.37兆焦耳的能量，约为那次激光能量的70%，是世界上最接近净能量增长的一次。

原材料海水提炼资源丰 够人类用数百亿年

核聚变能源的原材料氘和氚可从海水提炼，所以资源丰富，加上无碳排放和清洁安全等突出优点，被誉为是下一代新能源之王。

核能被认为是最有前景的能源，其主要有裂变能和聚变能两种形式。核裂变是指由重的原子核变化为轻的原子核，核电站发电就是用可控核裂变技术。不过，核电站弊端就是电站产生的热能大约只有百分之三十可以转化为电能，同时会有大量的热量积载在电站当中，存在严重的安全隐患。

聚变燃料保存运输更安全

核聚变则是指由较轻的原子核变化为较重的原子核。据悉，可控核聚变可以用很少的能源释放出巨大的能量。在自然界中，最容易实现聚变反应的是氢的同位素──氘和氚的聚变。

氘和氚在海水中的储量极为丰富；据估算，一升海水提取的氘能产生的聚变能源，相当于300公升汽油完全燃烧释放的能量。如果能将海洋中的数量多达45万亿吨的氘元素，全部应用于核聚变的话，释放的能量足够人类使用几百亿年。

另外，氘和氚反应的生成物是氦气，没有放射性，对环境无害；同时，一旦造成反应的等离子体熄灭，聚变反应就会终止，因此聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全。

目前，实现可控核聚变的最大难题是如何控制和约束核聚变反应；理论上，有三种物理方式可约束核聚变反应：重力场约束、磁力场约束和惯性约束。太阳上的核聚变就是靠太阳强大的万有引力提供的重力场约束，这个方法在地球上无法实现。

核聚变三类约束方式

科学界现时得知共有3种物理方式可达成约束核聚变反应，包括重力场约束、磁力场约束和惯性约束。今次实验所采用的是惯性约束技术。

重力场约束的例子之一是太阳上的核聚变，太阳在巨大的自身引力作用下，有着向中心不断坍缩的压力，与核聚变产生的巨大膨胀张力，互相抵消，维持在一种平衡状态。科学界普遍认为这个方法在地球上无法实现。

报道中的惯性约束聚变（Inertial confinement fusion）原理是利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚变反应。基本思想是：利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料（氘、氚）形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。

磁力场约束聚变（Magnetic confinement fusion）则是利用磁场与高热等离子体来引发核聚变反应的技术。具体做法是，先加热燃料，使它成为等离子体形态，再利用磁场，拘束住高热等离子体中的带电粒子，使它进行螺线运动，进一步加热等离子体，直到产生核聚变反应。目前，磁力场约束聚变技术发展比惯性约束聚变更好，法国早在2007年建立使用磁力场约束聚变的设施。

产生可观电力或等到2060年代

目前大多数国家级的核聚变实验室从来没有被设计成发电站。在短暂实现核聚变之后，人们便会关闭反应堆，仔细研究结果，并对实验进行改造。美国普林斯顿大学的科学家考利说：“我们不知道的是，我们用核聚变发电的成本是否会低于消费者愿意支付的电价。”

从点火到发电困难重重

美国国家点火设施（NIF）一直难以实现可持续的核聚变反应，即使微小瑕疵也可能意味着外壳碎片会散落到等离子体中，对核聚变反应产生干扰。目前每个燃料囊的成本是大约100万英镑（约954万港元）。

即使采用久经考验的装置，实验反应堆也只能短时间运行。欧洲联合环状反应炉的5秒纪录受到反应堆铜线圈的限制，如果受到核聚变过程中释放的中子太长时间的轰击，铜线圈就会过热。试验性的托卡马克装置既笨重又复杂，意味它们的建造可能就需要花几十年时间。

欧洲国家核聚变实验室组织EUROfusion的项目经理多内估计，须等到本世纪60年代，核聚变才能产生可观的电力，“有鉴于此，你或许会奇怪，为什么一众私营企业会把‘十年内实现商业核聚变’看作一个合理目标。”

借无限能量愿景吸金 私企一年筹集220亿

核聚变转化无限能量的愿景吸引科学界几十年来前仆后继，近年亦逐渐成为私企的“吸金”招数，引领大批资金落入该领域。根据聚变工业协会的数据，在截至6月底的12个月，核聚变公司筹集了28.3亿美元（约220亿港元），主要在美英两国。

全球现时出现35间私营核聚变企业，总投资额达到近49亿美元（约381亿港元）。投资者包括微软创办人盖茨、著名避险基金“老虎环球”和美国能源巨头雪佛龙。能源公司托卡马克首席执行官凯尔萨尔表示，他们押注自己能够在未来10年提供商业上可行的核聚变能源，“我们非常专注于在2030年代早期至中期提供技术示范，将净电力输入电网。”凯尔萨尔续称，核聚变产业作为对抗气候变化的潜在工具，在过去一年开始受投资者关注，人们的态度“明显发生了转变”。

“气候变化终极解决方案”

发展核聚变技术、总部位于牛津的First Light Fusion的首席执行官霍克表示，“无限清洁能源”的前景使核聚变的潜力具有不容忽视的吸引力。“从某种意义上说，核聚变是气候变化的最终解决方案。”

First Light Fusion的等离子物理学家温德里奇形容“这是一个非常令人兴奋的时刻”，因为公营实验室和私企的合作越多，就越可能尽快实现核聚变发电。

来源：文汇网