为什么聚变可以成为清洁能源的突破

能源部计划在星期二宣布劳伦斯利弗莫尔国家实验室的一项“重大科学突破”，该实验室是世界上研究人员一直试图开发利用核聚变能源的可能性的几个地点之一。

这项技术有朝一日有可能加速地球摆脱化石燃料的使用，而化石燃料是气候变化的主要原因。该技术长期以来一直在与艰巨的挑战作斗争。

下面让我们看看核聚变究竟是什么，以及将其转化为科学家认为可以成为的廉价无碳能源的一些困难。

什么是核聚变?

抬头看，它就发生在你的头顶——核聚变反应为太阳和其他恒星提供能量。

当两个轻核合并形成一个较重的核时，就会发生这种反应。根据能源部的说法，由于该单个原子核的总质量小于两个原始原子核的质量，因此剩余的质量是在此过程中释放的能量。

就太阳而言，它的高温(数百万摄氏度)和引力施加的压力使本来会相互排斥的原子融合。

早在1930年代，科学家们早就了解核聚变的工作原理，并一直在尝试在地球上复制这一过程。根据能源部的说法，目前的努力集中在融合一对氢同位素——氘和氚——能源部表示，这种特定的组合释放出“比大多数聚变反应多得多的能量”，而且这样做需要的热量更少。

这会有多大价值?

加州大学伯克利分校能源与社会学教授丹尼尔·卡门表示，如果核聚变技术在商业上可行，它就有可能提供“基本上无限”的燃料。所需元素可在海水中获得。

卡门说，这也是一个不会产生核裂变放射性废物的过程。

科学家们是如何尝试做到这一点的?

科学家们试图重建核聚变的一种方法涉及所谓的托卡马克——一种环形真空室，它使用强大的磁铁将燃料转化为可能发生聚变的过热等离子体(温度在1.5亿至3亿摄氏度之间)。

利弗莫尔实验室使用了一种不同的技术，研究人员用192束激光射向一个装满氘氚燃料的小胶囊。该实验室报告说，2021年8月的一次测试产生了1.35兆焦耳的聚变能——大约是射向目标的能量的70%。该实验室表示，随后的几项实验显示结果不断下降，但研究人员认为他们已经找到了提高燃料舱质量和激光器对称性的方法。

“将聚变从理论转移到商业现实的最关键特征是输出的能量多于输入的能量，”Kammen说。