欧洲取得聚变实验重大突破人造太阳有望成为持续能量来源

　　核聚变是一种为恒星提供能量的过程，由于这种能量产生方式低污染、低辐射，科学家们一直在努力寻求开发实用核聚变，为解决未来地球能量供应问题提供方案。
　　最新的好消息来自欧洲。2月9日，总部位于英国的欧洲联合环形（JET）实验室将两种形式的氢挤压在一起，在5秒内产生了59兆焦（相当于11兆瓦功率）的能量，打破了1997年该实验室自己创造的世界纪录，提取的能量相当于25年前的两倍多，当时产生的能量为21.7兆焦。
　　5秒维持等离子体稳定
　　＂实验使我们离聚变更近一步。＂JET反应堆实验室运营负责人乔·米尔内斯（Joe Milnes）博士表示，＂我们已经证明，可以在我们的机器内部创建一个迷你恒星，将其保持5秒钟并获得高能量，这将我们带入了一个新领域。＂
　　尽管59兆焦的能量并不是一个巨大的能量输出，基本只够煮大约60个水壶的水，但这项实验的突破验证了正在法国建造的一个更大的聚变反应堆设计的可行性。
　　＂这是一个惊人的结果，具有里程碑的意义，实现了历史上聚变反应产生的最大能量输出。＂核聚变专家亚瑟·特瑞尔（Arthur Turrell）博士评论道，＂他们证明了5秒内等离子体的稳定性，虽然这听起来不是很长，但在核时间尺度上，这确实是一个非常非常长的时间。而从5秒到5分钟，再到5小时甚至更长时间，要容易得多。＂
　　正在法国南部建造的核聚变ITER设施得到了包括欧盟成员国、美国、中国和俄罗斯在内的政府资金支持。ITER项目预计这将是证明核聚变能在本世纪下半叶成为可靠能源供应的最终一步。
　　＂我们刚刚完成的实验必须成功，因为如果不成功，我们就会担心ITER是否能够实现它的目标。＂JET实验室首席执行官伊恩·查普曼（Ian Chapman）教授表示。
　　聚变的工作原理是，可以通过将原子核强制挤压在一起产生能量，而不是分裂它们来释放能量。在太阳核心，巨大的引力压力使得聚变能够发生在大约1000万摄氏度的温度下；而在地球上压力要低得多，产生聚变的温度需要超过1亿摄氏度。
　　由于不存在可以承受如此高温的直接接触的材料，为了在实验室中实现聚变，科学家们设计了一种解决方案，将过热气体或等离子体保持在环形磁场内。
　　JET实验室位于牛津郡库勒姆，这是一个规模较小的环形项目，已经开展了近40年的研发工作，内部使用铜电磁铁。在过去的10年中，JET被当作ITER设施复制的原型，JET将于2023年退役。
　　实现可控核聚变目标
　　ITER的规模更大，环形容器体积将是JET的10倍，并将使用内部冷却的超导磁体。ITER将在2025年之后开始等离子体实验，该实验室用于制造等离子体的首选＂燃料＂将是氢的两种形式氘和氚。
　　海水中蕴藏着大约40万亿吨氘，一升水能够提炼0.03g的氘，其发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油或者燃烧336公斤煤。按这样计算，地球上的海水可以供人类使用上亿年。
　　但聚变何时能够实现商业化仍然存在巨大的不确定性。一项估计表明，这一时间可能需要20年，而扩大规模需要再延迟几十年。
　　中国科学院院士、中科院上海天文台名誉台长叶叔华去年曾告诉第一财经记者：＂地球能源从根本上来自太阳，而恒星的能源则来自核聚变。可控核聚变是科学家和全社会数十年来追求的目标，而多国共同参与的ITER项目，有望在该领域实现突破。＂
　　中国也是ITER的重要参与者，拥有话语权，主要工作由中科院合肥研究院等离子体物理研究所参与，负责多个项目的建造，包括承担建设聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)。
　　＂虽然ITER是一个主要由欧盟主导的项目，但中国在其中的影响力也不容忽视。＂一位项目参与人士对第一财经记者表示，＂ITER的整体进度取决于每个参与国的进度，各自都承担了不同的工作和部件，如果一个项目延迟，那么整体进程就会被拖延。中国将尽力确保自己的工作能保质保量地完成。＂
　　中科院等离子体物理研究所所长宋云涛研究员去年9月在一场＂碳达峰碳中和科技论坛＂上曾透露，已经开始做未来核聚变发电站工程设计。＂聚变能是核能发展的最终目标，聚变能可以为碳中和的实现做出重大贡献。＂宋云涛表示。
　　中国独立自主创新、协同攻关建设的大科学装置＂人造太阳＂EAST(全超导托卡马克核聚变实验装置)已经稳定运行15年，这也是世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置，该装置又称为＂东方超环＂。
　　在我国，建设核聚变电站成本很高，其中超导磁体占了约40%的成本。但随着我国越来越多地使用自主研发的超导材料和零部件，未来超导磁体的成本也有望下降。中国有望在2060年前建成核聚变电站并广泛应用。