【观点】美国核聚变实现科学突破，但要真正发电还需技术突破和海量资金

美国科学家宣布的核聚变突破是一个历史性事件，使得几十年来的研究进展达到了顶峰。

但是同时，根据大多数行业人士的说法，这是一项科学成就，而不是实际成就。至少在未来十年内，核聚变不会为任何电网供电。为了实现供电的目标，还必须有更多的技术突破，以及为技术突破提供资金。

12月5日星期一凌晨1点刚过，加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员进行了一项成功的实验，从核聚变反应中产生的能量超过了用于为反应提供能量的激光器。劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence Livermore）的项目总监马克·赫尔曼（Mark Herrmann）表示：“我们输出了3.15兆焦耳，在激光器中输入了2.05兆焦耳。这在世界上任何地方的聚变实验室都是前所未有的，所以非常令人兴奋。”从电网发射实验中使用的激光需要大约300兆焦耳的能量，大约相当于2.5加仑汽油中的能量。所有这些能量都进入了激光聚变反应，显示出大约1.1兆焦耳的净增益——足够将一个茶壶的水煮开两三次。

科学家兴奋的的原因很简单，那就是净能量被创造出来了。等离子物理学家、《星际建设者》一书的作者亚瑟·图雷尔（Arthur Turrell）表示：“这很令人兴奋，因为它证明了聚变是可行的，为进一步的兴趣、投资和创新打开了闸门，最终将聚变转化为一种能源。”

一年多前，也就是2021年 8月，同一个实验室也曾取得了一项突破，首次在受控环境下实现了聚变点火，但当时能量增益为0.73。12月5日的实验是第一次能量增益超过1.0，达到1.5。亚瑟·图雷尔表示，“能量增益超过1倍是心理上巨大鼓舞，因为它表明聚变可以是一种净能量来源！正是在这一刻，实现了>1，成为历史记录。”

专家预计在劳伦斯·利弗莫尔的研究团队最终会获得4或5倍的能量，但是要用激光进行商业聚变进而发电，需要大约100倍的能量增益。要达到这一水平，需要新的设施和零部件的新技术开发，例如高效的二极管泵浦激光器。这将需要在快速点火或冲击点火等所谓的“先进概念”方面取得进展，需要建造新的设施，可能要到2030年左右才可能取得突破。

创业公司Marvel Fusion的首席执行官莫里茨·冯·德·林登（Moritz von der Linden）也强调了新型激光器的重要性。林登表示：“最新一代激光系统必须能够以高能量每秒轻松发射10个激光脉冲，必须具有高效的能量吸收率，并且能够大规模生产。只有通过优化目标和最新一代激光系统，才有可能实现净能量增益——这是下一个真正的革命性里程碑，将是人类所能想象到的最艰巨的工程挑战之一。”

虽然聚变技术商业化还需要数十年的时间，但投资者已经在向该行业投入大量资金：据行业贸易组织核聚变产业协会（Fusion Industry Association）称，私人聚变产业的投资近50亿美元，其中一半以上是自2021年第二季度以来的投资。大部分投资都投向了另一种叫做磁聚变的方法，它使用了一种叫做托卡马克的环形装置。据聚变工业协会首席执行官安德鲁·霍兰德（Andrew Holland）表示，而惯性聚变（使用激光）仅获得了约1.8亿美元。

麻省理工学院（MIT）的丹尼斯·怀特（Dennis Whyte）是联邦聚变系统（CFS）公司的联合创始人，该公司是一家致力于托卡马克聚变的初创公司，目前已筹集了20多亿美元。怀特表示：“虽然托卡马克的技术准备度更高，但利弗莫尔实验室实现的是一项科学突破，证实了聚变燃料可以产生净能量。因此，这是核聚变研究的重要成果。”

2022年9月，美国能源部宣布5000万美元将用于私营聚变公司，这笔资金是核聚变在21世纪30年代末实现商业化的关键一步。但这还远远不够，需要10到100倍的投资，才能有意义地加快聚变商业化所需的时间，减少人类对化石燃料的依赖。如果从2050年开始倒推，如果想让聚变在应对气候变化方面发挥作用，那么简单的算术会告诉我们什么时候需要建设试点工厂。这将很难，但值得尝试。