耗費(fèi)巨額資金 核聚變技術(shù)進(jìn)展緩慢

2016/12/12 15:17:26

幾十年來，科學(xué)家們一直希望在未來，核聚變技術(shù)能給人類帶來無限且廉價(jià)清潔的電力。但截止目前為止，可控核聚變的實(shí)現(xiàn)似乎還是舉步維艱、遙遙無期。

歐洲聯(lián)營(yíng)環(huán)形托卡馬克裝置

英國(guó)卡拉姆(Culham)聚變能研究中心首席教授史蒂夫-考利(SteveCowley)多年來從事著該領(lǐng)域的研究，在日前進(jìn)行的一次試驗(yàn)中，可控核聚變持續(xù)時(shí)間接近1秒。

在回答人類面臨的最緊迫的科學(xué)挑戰(zhàn)時(shí)，英國(guó)的斯蒂芬-霍金(StephenHawking)教授和布萊恩-考克斯(BrianCox)教授都認(rèn)為，人們應(yīng)利用核聚變生產(chǎn)電力，因?yàn)楹司圩兪且环N近乎無限的能源來源，不會(huì)產(chǎn)生污染，成本低廉，能夠?yàn)槲磥砣祟惏l(fā)展提供動(dòng)力。考克斯表示，盡快讓核聚變技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化是一種“道德責(zé)任”，如果沒有該技術(shù)，人類將在本世紀(jì)末遇到“非常棘手的麻煩”。

半個(gè)多世紀(jì)以來，全世界的科學(xué)家一直在孜孜不倦地研究著核聚變技術(shù)，但在可控核聚變技術(shù)的商業(yè)化過程中，即使投入了大量的研究力量和資金，該研究似乎總是停滯不前。

考利每天都能感受到科研的困難。然而，最近發(fā)生的事情又讓科學(xué)家們的壓力倍增：國(guó)際氣候變化談判陷入僵局;提高可再生能源產(chǎn)量的目標(biāo)不切實(shí)際;日本福島核危機(jī)給核裂變技術(shù)的未來蒙上巨大的陰影;出于安全考慮，德國(guó)和意大利決定不再支持核電的發(fā)展。

但考利依舊比較樂觀。他相信，在2014年至2015年聚變研究中心將會(huì)創(chuàng)造新的記錄。1997年，位于卡拉姆的歐洲聯(lián)營(yíng)環(huán)形托卡馬克裝置(即歐洲聯(lián)合核聚變?cè)囼?yàn)環(huán)狀裝置計(jì)劃)的可控核聚變時(shí)間達(dá)到了2秒，以25兆瓦的輸入功率獲得了16兆瓦的聚變能，這目前聚變的最好記錄。核聚變技術(shù)要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，其需要提供近10倍的功率增益。

考利表示，技術(shù)飛躍目前的困難是找到一種能夠抵御托卡馬克裝置內(nèi)中子轟擊的材料，但要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，所需要的電力成本驚人。

去年，位于法國(guó)的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆開始動(dòng)工興建。該計(jì)劃耗資150億歐元，由歐盟、美國(guó)、中國(guó)、印度、韓國(guó)、俄羅斯在內(nèi)的國(guó)際聯(lián)盟資助。實(shí)驗(yàn)堆將示范核聚變技術(shù)的商業(yè)可行性，計(jì)劃使可控核聚變時(shí)間達(dá)到一小時(shí)，實(shí)現(xiàn)10倍的功率增益。(1歐元約合9.21元人民幣)

然而，上述計(jì)劃的預(yù)計(jì)成本急劇飆升，歐洲各國(guó)對(duì)此表示擔(dān)憂，要求控制預(yù)算。另外，一些環(huán)保組織也反對(duì)該計(jì)劃，認(rèn)為這筆巨額資金可以用于資助海上風(fēng)電的發(fā)展。不僅如此，一些等離子物理學(xué)家認(rèn)為，國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆的設(shè)計(jì)存在缺陷，替代設(shè)計(jì)能夠以更低的成本產(chǎn)生更好的效果。

《歐洲聚變開發(fā)協(xié)議》組織負(fù)責(zé)人弗朗切斯科-羅馬內(nèi)利(FrancescoRomanelli)表示，巨額投資確屬必要，核聚變技術(shù)未來回報(bào)非常誘人。該技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，本質(zhì)上是安全的，不會(huì)給子孫后代留下負(fù)擔(dān)。而且聚變?nèi)剂蠋缀鯚o限，以目前的能源消耗量來計(jì)算，單靠海水實(shí)現(xiàn)的核聚變就可以滿足人類3000萬年的能源需求。

羅馬內(nèi)利還表示，核聚變的另一個(gè)好處是非常安全，可控核聚變發(fā)電裝置可以設(shè)置在電力需求量最大的城市中心區(qū)域，海嘯、地震或炸彈襲擊對(duì)核聚變裝置產(chǎn)生的損害僅是結(jié)構(gòu)性的，與核裂變不同，如果受到干擾，核聚變反應(yīng)會(huì)立即停止。

考利認(rèn)為，核聚變技術(shù)潛力雖然巨大，但要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，至少需要30年的時(shí)間。他預(yù)計(jì)，到2100年該技術(shù)將可以提供人類能源需求的20%到25%。而羅馬內(nèi)利的預(yù)測(cè)則更為樂觀，他認(rèn)為屆時(shí)人類至少一半的能源需求將由核聚變技術(shù)提供。