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美国参议院对聚变能源的未来利益持乐观态度

  • 时政

(纳闻记者钱明宇报导)

9 月 15 日,来自政府、学术界和私营部门的聚变能源专家在参议院能源和自然资源委员会就聚变研究的前景作证。

私营聚变公司 Commonwealth Fusion Systems 的首席执行官 Bob Mumgaard 说:“我们相信,从 2030 年代初开始,我们对电网上的商业聚变发电厂有了真正的了解。”

2022 年融合行业协会的一项调查发现,该行业吸引了超过 47 亿美元的私人投资,仅一年时间就增加了超过 28 亿美元。

今天的核电站基于核裂变——换句话说,利用分裂重原子(如铀)产生的能量。

聚变与裂变

相反,当两个轻原子的原子核聚集在一起形成一个更大的原子时,就会产生聚变能。

科学家认为最有希望的聚变反应涉及氢、氘和氚的两种同位素。 它们一起可以融合成氦。

然而,要做到这一点,这两种气体必须加热到超过 1.8 亿华氏度。

随着温度升高,气体变成等离子体:带正电的原子核和带负电的电子的松散混杂。 这种形式的物质听起来可能很奇特,但它构成了可见宇宙的 99% 以上。

聚变研究人员可以通过磁场将等离子体保持在原位。

ITER 是一个包括美国在内的大规模国际合作组织,正在开展规模最大的此类磁约束实验。

聚变足够强大,可以为上面的星星提供动力。 这就是我们自己的太阳如何泵出热量和光。

核聚变比核裂变产生更多的能量,而不会产生任何持久的放射性废物。 像裂变一样,它不会产生任何温室气体。

氚短缺引发了人们对氘氚聚变可行性的担忧。

“为了培育氚,我们需要锂,”能源部聚变首席协调员 Scott Hsu 在 9 月 15 日的证词中说。

即便如此,融合的优势仍会让其助推器喘不过气来。

委员会主席乔·曼钦 (DW.V.) 告诉他的同事,他认为聚变能可能有助于实现世界和平。

“关于融合有句老话。 他们说这是 30 年后的事,而且永远都是。 但我相信情况不再如此,”排名成员 John Barrasso (R-Wyo.) 说。

快速进步点燃希望

委员会的乐观源于最近的科学突破。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的一个团队在 2020 年和 2021 年创造了第一个“燃烧等离子体”。在这种“燃烧等离子体”中,等离子体中的大部分热量来自聚变反应本身。

2021 年 8 月,劳伦斯利弗莫尔的研究人员实现了点火。 这意味着来自聚变反应的能量超过了注入其中的能量。

英国的联合欧洲环面 (JET) 也树立了新的标杆。 它产生了 59 兆焦耳的能量,是 1997 年释放 22 兆焦耳能量时创下的纪录的两倍多。

“聚变能源还没有达到满足大量清洁能源需求的阶段。 然而,我们知道聚变有可能为数千年提供这种能量,”ITER 科学与运营主管蒂姆·卢斯 (Tim Luce) 说。

“虽然融合长期以来一直享有国际合作,并且应该继续这样做,但不要搞错,融合现在也是一项国际竞争,”许说。

发言者强调聚变能源的“大胆的十年愿景”,这是白宫科技政策办公室和能源部 3 月峰会的基础。 在那次会议上,许被任命为他目前的职务。

参议员 Mazie Hirono (D-Hawaii) 询问了聚变能的安全性。

Hsu 指出,大量的氚应该受到安全控制。

普林斯顿等离子体物理实验室主任史蒂文考利说:“典型聚变电站的放射性废物总水平将比裂变电站低约 1000 倍。”

“这真的会发生吗?”

参议员约翰·霍文 (RN.D.) 提出了一个更简单的问题,该问题基于 Big Science 数十年来做出但并非始终信守的承诺:“这真的会发生吗?”

卢斯回答说,很多科学知识已经存在。

“我们需要下一个前沿领域是技术。 这就是奥秘所在,也是需要投资的地方,”他补充道。

Mumgaard 对参议员 Angus King(缅因州)提出的相同问题表示,正在探索的各种技术方法以及数十亿美元的私营部门投资规模表明已经取得了真正的进展。

“我们还没有看到航班。 但我们已经看到人们在滑翔,”他说,将推动聚变比作比空气重的飞行竞赛。

专家捍卫国际合作

参议员比尔·卡西迪 (R-La.) 向专家询问他们如何捍卫对 ITER 的投资,因为它可能“进展缓慢且成本增​​加”。

“美国支付9%的建设费用 [and] 13% 的运营。 他们得到 100% 的结果。 因此,如果他们自己这样做,他们将不得不支付 100% 的费用,”ITER 的 Luce 说,他补充说该项目已经在进行中。

Commonwealth Fusion 的 Mumgaard 有他自己的答案,他引用了一家陷入困境的传统公司的积极贡献:“仅仅因为我们拥有波音公司并不意味着我们停止在公共项目中建造风洞。”

普林斯顿大学的考利告诉卡西迪,ITER 将允许研究人员密切研究聚变反应中发生的情况。

他说,更多的实验工作可能会带来其他创新,并引用了可以缩小聚变反应堆尺寸的见解的潜力。

“最终,这将是一个问题,’性能是否足以使电力足够便宜?’ 我们还不知道答案,”他补充道。

地缘政治影响

巴拉索问卢斯,鉴于中国和俄罗斯在世界舞台上越来越好斗,是否应该允许他们继续参与国际聚变研究。

卢斯说,聚变研究传统上为其他敌对国家提供了和平的共同点。

“磁约束聚变没有武器化潜力,”他补充说。

Cowley 作证说,中国目前是美国在聚变研究方面最大的竞争对手,这与 Hsu 关于该领域竞争性质的评论相呼应。

“中国在技术方面投入了大量资金,”他说。

美国限制性核监管框架的局限性也成为焦点。

当参议员约翰·希肯卢珀 (D-Colo.) 询问其他国家在聚变研究方面的优势时,卢斯谈到了法国相对注重创新的核监管方法。

ITER 总部位于法国圣保罗莱杜朗斯。

参议员 Mark Kelly (D-Ariz.) 询问 Hsu,电池的进步,加上更多的太阳能,是否足以消除聚变的需要。

“我一直在说,到本世纪中叶,我们每年需要超过 500、600 艾焦耳的无碳能源。 坦率地说,我不知道如果没有更多的资源,我们将如何供应,”许回答道。

位于卡勒姆科学中心的欧洲联合环面 (JET) 的环形室磁体 (托卡马克) 视图。  JET 是世界上最大的聚变装置,欧洲医生在 1997 年设法在 1 秒钟内维持 16 兆瓦的能量。(法新社/盖蒂图片社)