作者：許春陽-中核戰略規劃研究總院研究員
美國能源部日前宣布，國家點火裝置實現了聚變能量首次超過輸入激光能量。這一“里程碑式的成就”引來眾多媒體關注和報道。那么，美國這一突破是否能推動聚變能源取得進展，使聚變發電成為現實?
這次取得突破的國家點火裝置，實際是美國政府為加深核武器的基礎研究，而投資興建的一座大型慣性約束聚變科研裝置，也是美國推動基礎科學前沿、先進能源技術的科學重器。
美國科學家早在上世紀60年代就提出了利用激光實現慣性約束聚變的初步構思。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室幾十年來建造了多個大型激光設施來推動這方面研究，最高成就是國家點火裝置。原理是將192束紫外線激光束的巨大能量聚集到幾毫米大小的燃料靶腔上，使其內部的氘氚燃料達到極高溫度壓力，發生聚變反應。
美國國家點火裝置2009年建成，但運行之初就表明，實現能量增益——讓產生的能量大于輸入能量——并非易事。美國科學家十多年來一直在改進技術方案，提升能量產出。這次是聚變反應釋放能量首次超過激光的能量，不過上述能量增益是局部的，從裝置整體考慮則并沒有實現能量增益。由于激光器本身的效率不高，裝置產生2.05兆焦耳激光能量，其實耗費了高達322兆焦耳的電力。因此，這次實驗中聚變反應釋放的能量還不足消耗電力的百分之一。
核聚變能源是人類構想中未來將替代化石能源的“黑科技”，其借助輕核聚變反應釋放能量，又稱“人造太陽”，其燃料近乎取之不盡、用之不竭，并且更加清潔。聚變裝置的核心要求是將聚變燃料保持在上億度高溫，實現起來難度極大，一般認為有兩條主要途徑，即慣性約束聚變和磁約束聚變。近年來，國際聚變技術研發再度升溫。但客觀評估大多認為，聚變發電的實用化還需要幾十年。
在慣性約束聚變方面，美國國家點火裝置雖取得史無前例的進步，但距離實用化仍很遙遠。一是，如前所述，整個裝置產生的能量遠遠不及消耗的能量。二是，裝置本身是一座科學實驗裝置，并不考慮如何在一次“點火”之后快速進行下一次“點火”，從而持續地產生能量，更不能把產生的能量轉換成電力，持續供給電網。除美國外，法國的兆焦耳激光裝置、我國的“神光III”主機裝置等也屬同類裝置。
磁約束聚變則往往被認為是聚變發電實用化更加切實可行的途徑。最主要的代表是目前正在由35個國家合作在法國建設的國際熱核聚變實驗堆(ITER)。它歷經多年拖延，目前計劃2035年投入運行。此外，其他一些大型裝置也取得新的進展，如歐洲聯合環狀反應堆2022年初連續5秒內產生了59兆焦耳的能量,創下了新的世界紀錄。還有許多新型方案打算利用設計和技術創新，避免像ITER項目這樣成本過高、周期過長的問題，更快實用化。我國不但是ITER項目的主要參與方，還建成了中國環流器二號M(HL-2M)等大型實驗裝置，目前是全世界聚變研發支持力度最大的國家之一。
當前，全球面臨的氣候、能源等問題愈發迫在眉睫，其造成的影響將跨越國界，解決的難度也前所未有。對于聚變能源這個“黑科技”，美國國家點火裝置距離實用發電還很遙遠，ITER項目歷經技術困難、過大的開支和過長的周期，集諸國之力方才有望實現目標。這顯示出，迎戰最高難度的技術挑戰，加快給未來世界打造新型能源，要求全球各國共同努力。在世界面臨更多動蕩和危機之下，也只有各個國家，特別是有經濟和技術實力的主要國家共同攜手，才能解決全人類面臨的種種難題，保證人類有一個和平、安全的未來。
