“(可控)核聚變將在未來幾年內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)，而非數(shù)十年后?！痹谟司圩儼l(fā)電創(chuàng)業(yè)企業(yè)、托卡馬克能源公司(Tokamak Energy)CEO David Kingham看來，人類實(shí)現(xiàn)“終極能源”——核聚變發(fā)電的曙光就在眼前。

這家2009年成立、位于英國牛津的核聚變明星企業(yè)近日宣布，其最新的ST40聚變反應(yīng)堆已實(shí)現(xiàn)首次啟動(dòng)，并正式生成第一批等離子體。今年秋季，ST40可以產(chǎn)生溫度達(dá)1500萬度的等離子體——這相當(dāng)于太陽中心溫度。實(shí)現(xiàn)1500萬度之后，ST40的下一個(gè)目標(biāo)是在2018年產(chǎn)生1億度的等離子體。該公司計(jì)劃，在2030年之前實(shí)現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電。

“無論是對(duì)英國還是全球核聚變能源發(fā)展而言，今天都是重要的一天。我們向世界展示了首個(gè)由私企設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行的一流的可控核聚變裝置?！盌avid Kingham稱，ST40將證明，在結(jié)構(gòu)緊湊、成本優(yōu)勢(shì)明顯的反應(yīng)堆中可以實(shí)現(xiàn)1億度的聚變溫度?！斑@意味著，核聚變將在數(shù)年而非數(shù)十年后成為現(xiàn)實(shí)?！?/p>

太陽和氫彈所經(jīng)歷的，都是不受控制的核聚變過程。與之相對(duì)的可控核聚變，能夠持續(xù)、穩(wěn)定、安全釋放能量，在清潔性和原料儲(chǔ)備上優(yōu)于核裂變，一直被視作人類徹底解決能源危機(jī)的終極模式。從上世紀(jì)50年代開始，科學(xué)家們就在不懈追求這種如太陽般制造能量的技術(shù)。

反常規(guī)：球形托卡馬克裝置，通往核聚變的“捷徑”?

與青睞“大尺寸”的國家級(jí)大型核聚變項(xiàng)目或國際合作核聚變項(xiàng)目不同的是，托卡馬克能源公司另辟蹊徑，專注于設(shè)計(jì)和研發(fā)小型聚變堆——借助球形托卡馬克(Tokamak)裝置和高溫超導(dǎo)體兩種新興技術(shù)，并盡量保持設(shè)備的小型化。

托卡馬克裝置是核聚變反應(yīng)堆中最為常見的設(shè)計(jì)。這種形似甜甜圈的裝置是呈圓形線圈的中空金屬結(jié)構(gòu)，利用磁場(chǎng)控制超高溫等離子體。球形托卡馬克則是一種更加靈巧的替代方案，是該領(lǐng)域的“后起之秀”。托卡馬克能源公司認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)和理論研究均已表明，相較于歐洲聯(lián)合環(huán)(JET)等更“常規(guī)”的托卡馬克裝置，球形托卡馬克裝置是通往聚變的“一條捷徑”。而小型裝置的建造時(shí)間更短，成本更低，商業(yè)前景廣泛。

該公司在公告中稱，隨著ST40反應(yīng)堆啟動(dòng)運(yùn)行，接下來的步驟是安裝和調(diào)試一整套電磁線圈，這些電磁線圈對(duì)于達(dá)到核聚變所需的溫度至關(guān)重要。今年秋季，ST40將可以產(chǎn)生溫度達(dá)1500萬度的等離子體——這一溫度相當(dāng)于太陽中心溫度。實(shí)現(xiàn)1500萬度之后，ST40的下一個(gè)目標(biāo)是在2018年產(chǎn)生1億度的等離子體。這差不多是太陽中心溫度的7倍，同時(shí)也是受控核聚變必需的溫度?！?億度是一個(gè)關(guān)鍵閾值，這將成為一個(gè)打破紀(jì)錄的里程碑事件，因?yàn)樗饺藫碛谢蛲顿Y的聚變堆中等離子體從未達(dá)到這樣的溫度。” David Kingham說。

托卡馬克能源公司的最終目標(biāo)，在2030年將聚變能送入電網(wǎng)。它的前身卡勒姆(Culham)實(shí)驗(yàn)室，是全球最強(qiáng)大的托卡馬克裝置歐洲聯(lián)合環(huán)和世界領(lǐng)先的磁約束聚變能量研究中心的所在地。其中，歐洲聯(lián)合環(huán)是英國核聚變研究的核心和基石。

“將我們的公司設(shè)立在卡勒姆附近并沒有錯(cuò)?！盌avid Kingham此前接受媒體采訪時(shí)表示，“歐洲聯(lián)合環(huán)項(xiàng)目上積累的經(jīng)驗(yàn)(也包括其它位于卡勒姆的球形托卡馬克裝置)幫助我們走到了今天。諸如歐洲聯(lián)合環(huán)和國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)等大型政府項(xiàng)目，進(jìn)一步加深了我們對(duì)核聚變的理解，也使得像我們這樣的商業(yè)公司更加接近聚變目標(biāo)?！?/p>

David Kingham說，他們并未將核裂變產(chǎn)業(yè)視為競(jìng)爭(zhēng)者，相反，聚變和裂變之間可以相互獲益?！靶⌒湍K化核裂變反應(yīng)堆和我們正在開發(fā)的同等規(guī)模的小型聚變堆之間有著十分有趣的技術(shù)重疊。”

由私人資本支持的核聚變企業(yè)涌現(xiàn)，與政府主導(dǎo)項(xiàng)目一較高下

這并不是托卡馬克能源公司首次驚艷能源界。世界首臺(tái)完全高溫超導(dǎo)磁體的托卡馬克裝置、也是托卡馬克能源公司的第二臺(tái)反應(yīng)堆ST25，曾在2015年倫敦皇家學(xué)會(huì)夏季科學(xué)展覽會(huì)上演示了連續(xù)29小時(shí)輸出等離子體，創(chuàng)下世界紀(jì)錄。

在發(fā)布關(guān)于ST40 的最新動(dòng)態(tài)后，David Kingham說道：“我們依然需要大量投資，許多學(xué)術(shù)和行業(yè)上的深入合作，專業(yè)且富有創(chuàng)新精神的工程師和科學(xué)家，以及卓越的產(chǎn)業(yè)鏈來支撐。我們的方法是繼續(xù)將探索聚變發(fā)電的征程分解為一系列工程挑戰(zhàn)，繼續(xù)募集資金以實(shí)現(xiàn)新的突破。在這條路上，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一半的目標(biāo)，通過不懈努力，我們將在2030年之前實(shí)現(xiàn)商業(yè)規(guī)模的聚變發(fā)電?！?/p>

在核聚變領(lǐng)域，像托卡馬克能源公司這樣的私人企業(yè)往往比政府部門表現(xiàn)出更進(jìn)取的風(fēng)險(xiǎn)偏好，執(zhí)著于尋求更靈活快速的技術(shù)路徑。對(duì)于核聚變研究本身而言，這并不是壞消息，因?yàn)檫^去幾十年的核聚變研究，無形中給該領(lǐng)域貼上了“大型的、政治性的、麻煩的”等標(biāo)簽。小型的、靈活的私人資本更擅長(zhǎng)于在老問題上嘗試新的方法?！拔覀儗?duì)核聚變的追求，是基于將其視為一項(xiàng)工程挑戰(zhàn)、一門生意，而非‘大科學(xué)項(xiàng)目’?！盌avid Kingham說。

相比之下，由大型公共資金資助的項(xiàng)目雖然時(shí)而有新的科學(xué)突破，但總體上進(jìn)展緩慢，大型核聚變項(xiàng)目正變得越來越昂貴。比如，在堆積如山的技術(shù)難題、不斷攀升的巨額成本面前，當(dāng)前世界上規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國際科研合作項(xiàng)目之一ITER，不得不修改了既定的時(shí)間表，推遲了實(shí)現(xiàn)第一束等離子體的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。該項(xiàng)目目前的計(jì)劃是在2035年實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火運(yùn)行，七個(gè)成員方——中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國，分別負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵部件的制造，但在具體實(shí)施過程中，這個(gè)大型而復(fù)雜的項(xiàng)目還是遭遇了不少困難。比如，有成員未能在規(guī)定限期內(nèi)完成任務(wù)，他們各自的制造技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，由此產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)嚴(yán)重拖慢了整體進(jìn)度。

近年來，由世界超級(jí)富豪贊助和支持的核聚變創(chuàng)業(yè)公司，正在向這一技術(shù)革命發(fā)起沖擊，欲與政府出資主導(dǎo)的大型核聚變項(xiàng)目一較高下。獲得加拿大石油公司Cenovus和亞馬遜CEO杰夫·貝佐斯等投資方支持的通用聚變公司(General Fusion)，從高盛、微軟創(chuàng)始人之一保羅·艾倫、俄羅斯國有企業(yè)Rusnano等處融到上億美元資金的Tri-Alpha能源公司，都是近年來一鳴驚人的新星企業(yè)，打破了核電行業(yè)歷來的沉悶氣氛。

十多年后將聚變發(fā)電商業(yè)化，托卡馬克能源公司的目標(biāo)是癡人說夢(mèng)嗎?至少，迄今為止它的確實(shí)現(xiàn)了此前設(shè)定的一系列小目標(biāo)。