核聚變不同于核裂變，后者已廣泛用于商業(yè)核電站。核裂變使原子核分裂產(chǎn)生能量，而核聚變使氫原子碰撞并聚變成氦原子，氦原子釋放出巨大的能量——本質(zhì)上釋放出的能量相當(dāng)于為恒星提供能量。核聚變技術(shù)在20世紀(jì)50年代的氫彈開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。幾十年來(lái)，作為一種潛在能源，核聚變的和平商業(yè)應(yīng)用一直吸引著科學(xué)家。雖然核裂變工廠的經(jīng)營(yíng)者必須處理遺留下來(lái)的放射性乏燃料或廢物，但核聚變過(guò)程中所含的大多數(shù)放射性同位素的半衰期都低于10年，而核聚變反應(yīng)堆中激活的組件的半衰期也低到足以在100年內(nèi)回收或再利用。當(dāng)核聚變過(guò)程中發(fā)生任何擾動(dòng)時(shí)，等離子體在幾秒鐘內(nèi)就會(huì)冷卻，反應(yīng)就會(huì)停止，從而避免了像福島核電站那樣發(fā)生熔毀或事故的風(fēng)險(xiǎn)。
但目前還沒(méi)有商業(yè)化的聚變反應(yīng)堆。事實(shí)上，核聚變發(fā)電在實(shí)驗(yàn)室中只能產(chǎn)生很短的時(shí)間，這導(dǎo)致了懷疑者們多年來(lái)的一種扭曲的觀察結(jié)果，即核聚變作為一種電力來(lái)源永遠(yuǎn)需要30年的時(shí)間。
2018年，美國(guó)能源部(Department of Energy)呼吁聚變能源科學(xué)咨詢委員會(huì)(Fusion Energy Sciences Advisory Committee)提出一項(xiàng)將聚變作為能源的長(zhǎng)期戰(zhàn)略。委員會(huì)廣泛接觸了社區(qū)群眾，12月中旬發(fā)布的報(bào)告得到了廣泛的支持。除了呼吁在21世紀(jì)40年代建立一個(gè)試驗(yàn)工廠外，委員會(huì)還建議使用實(shí)驗(yàn)設(shè)施來(lái)更好地了解等離子體科學(xué)和技術(shù)。
等離子體是什么?在核聚變所需的極端溫度下，電子與原子核分離，氣體變成等離子體——一種物質(zhì)的電離狀態(tài)。聚變能量和等離子體是密不可分的，一個(gè)聚變反應(yīng)堆需要一個(gè)被限制和控制在其核心的“燃燒的等離子體”。等離子體科學(xué)在DIII-D國(guó)家核聚變?cè)O(shè)施取得了進(jìn)展，該設(shè)施由通用原子公司作為能源部的承包商運(yùn)營(yíng)。在DIII-D，一個(gè)被稱為托卡馬克的環(huán)形金屬真空室被強(qiáng)大得難以置信的磁鐵包圍著。由氫同位素組成的燃料可以通過(guò)加熱到超過(guò)1.5億華氏度轉(zhuǎn)化為等離子體。
國(guó)際核聚變反應(yīng)堆(ITER)有望在核聚變方面取得更大進(jìn)展，這是一個(gè)正在法國(guó)建設(shè)的耗資數(shù)十億美元的國(guó)際項(xiàng)目。美國(guó)是這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的全球合作伙伴之一——事實(shí)上，通用原子公司正在提供該項(xiàng)目的一種關(guān)鍵部件——預(yù)計(jì)將于2025年12月投入使用。但是，ITER不能把它產(chǎn)生的能量作為電能來(lái)捕獲。相反，它希望為未來(lái)核聚變發(fā)電廠的發(fā)展鋪平道路。核聚變能源科學(xué)咨詢委員會(huì)的報(bào)告呼吁在ITER的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展。該報(bào)告得到了委員會(huì)22名成員的一致支持，其中包括來(lái)自圣地亞哥的兩名成員——加州大學(xué)圣地亞哥分校的所羅門(Solomon)和克里斯托弗·霍蘭德(Christopher Holland)。該委員會(huì)的報(bào)告警告說(shuō)，美國(guó)在核聚變研究、開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)方面有落后于其他國(guó)家的風(fēng)險(xiǎn)。但它沒(méi)有給出一個(gè)試點(diǎn)核聚變工廠的成本估計(jì)，也沒(méi)有對(duì)潛在的核聚變工廠選址提出建議。所羅門說(shuō)，在這個(gè)早期階段，委員會(huì)不想冒險(xiǎn)進(jìn)行猜測(cè)。
所羅門說(shuō):“對(duì)于一個(gè)特定設(shè)施可能需要多少成本，或者它的特定任務(wù)實(shí)際上需要什么，人們有非常廣泛的意見(jiàn)。這份報(bào)告現(xiàn)在已提交給能源部的核聚變能源科學(xué)辦公室，該辦公室將權(quán)衡這些建議，考慮應(yīng)該實(shí)施哪些措施，以及向國(guó)會(huì)提出哪些資金請(qǐng)求。所羅門說(shuō)，這份報(bào)告已經(jīng)從國(guó)會(huì)山的工作人員那里得到了“積極的反饋”。
美國(guó)當(dāng)選總統(tǒng)喬·拜登(Joe biden)提名前密歇根州州長(zhǎng)詹妮弗·格蘭霍姆(Jennifer Granholm)擔(dān)任能源部(Department of Energy)部長(zhǎng)，能源部高層也將發(fā)生變動(dòng)。所羅門說(shuō):“兩黨普遍強(qiáng)烈支持核融合。”“考慮到新一屆政府已經(jīng)表示對(duì)解決氣候變化等問(wèn)題感興趣，我希望并期待這一計(jì)劃能夠繼續(xù)得到支持。”
