鳳凰獨家 杜祥琬院士談美“核聚變突破”：他們目的是研究核武器

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室

12月13日，美國能源部宣佈，在加利福尼亞州的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL），研究人員首次在覈聚變反應中產生“淨能量增益”，即聚變反應產生的能量大於促發該反應的鐳射能量。

人類探索核聚變已經有幾十年的歷史，但長期以來聚變反應總是無法實現淨能量增加，即消耗能量總是超過反應產生的能量。

因此，美國宣佈首次實現聚變點火，旋即引發了科學界的轟動。有樂觀的議論認爲，一勞永逸地解決能源問題已經出現曙光，核聚變有望數十年或更長時間內實現商業化，它將爲人類帶來真正清潔、無限能量的能源。

美國激光核聚變成功點火，能否破解人類能源難題？

中國工程院院士杜祥琬

中國工程院院士杜祥琬接受鳳凰網採訪時表示，美國國家點火裝置實驗目的，不是給人類提供能源解決思路，而是核武器研究。

一、解決能源問題的曙光？

核聚變是模仿太陽的原理，使兩個較輕的原子核結合成一個較重的原子核，結合期間釋放出大量能量。與化石能源相比，核聚變反應不排放二氧化碳，與目前廣泛應用的核能（核裂變）相比，它既不會產生核廢料，輻射也極少，因此被稱爲清潔能源的“聖盃”。

此前，美國國家點火設施已進行了多次核聚變實驗，最好的成績是產出和投入能量比爲70%，仍然是淨能量損失。這一次的不同之處在於，核聚變反應產生了大約2.5兆焦耳的能量，大約是激光所消耗的2.1兆焦耳能量的120%，輸出能量大於輸入能源。

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室

對此，美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆表示，美國首次成功在覈聚變反應中實現淨能量增益是一項“里程碑式的成就”，這項成果預計將可能幫助人類在實現零碳排放能源的進程中邁出關鍵一步。

不過，相較於樂觀的美國專家們，中國工程院院士杜祥琬對這一實驗成果保持了更謹慎的看法。他在接受鳳凰網採訪時表示，美國國家點火裝置實現的淨能量增益，是科研上的進展，但離產生上百倍的高增益目標還差得很遠，更不說提變成真正清潔、無限能量的“人造太陽”。

他還指出，美國國家點火裝置實驗目的，不是給人類提供解決能源問題的思路，而是核武器研究。

據悉，美國國家點火裝置由美國能源部下屬管理核武器的國家核安全局負責運行，它的主要任務是實現能產生高能量的聚變反應，併爲美國核武器儲備的維護提供指導。

杜祥琬認爲，LLNL的核聚變增益屬於聚變物理範疇，不太可能爲人類能源問題提供解決思路。他解釋道，人們真正用於能源的核聚變，是一種非爆炸性的可控的核聚變。

根據實驗分析，LLNL核聚變反應釋放了大約3.15MJ的能量，比進入反應的能量多大約54%，是之前1.3MJ記錄的兩倍多。 不過，雖然聚變反應產生了超3.15MJ的能量，但NIF在此過程中消耗了高達322MJ的能量，大約是3.15MJ的102倍。

二、與美國相比，我國的“人造太陽”現在處於什麼水平？

目前爲止，人造太陽的途徑目前有兩個：一是磁約束核聚變，另一類就是此次成功點火的激光核聚變。

中國工程院院士杜祥琬向我們解釋了激光核聚變的原理。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）“國家點火裝置”的研究人員使用了192束激光，從兩端向一個圓柱體發射激光束將能量注入，而圓柱體中一個僅有半個氣槍BB彈大小的靶丸受到擠壓，球內的氘氚聚變燃料被“點燃”，產生出能量。

磁約束核聚變的具體應用爲託卡馬克裝置，通電後託卡馬克內部會產生巨大的螺旋型磁場，將懸浮其中的等離子體加熱到一個較高溫度，最終引發核聚變。

杜祥琬指出，對於兩種技術路線，學界主流認識認爲，託卡馬克裝置的磁約束核聚變實現商用化更有希望，是真正走向聚變能的技術途徑。

目前，全球最大“人造太陽”國際熱核聚變實驗堆（ITER），即採用了託卡馬克裝置。ITER是全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一，同時是中國以平等身份參加的最大國際科技合作項目。

2006年，中國、歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和印度共同簽署了國際熱核聚變實驗堆（ITER）項目啓動協定。今年11月，中國負責的其中一個關鍵組成部分，增強熱負荷第一壁首件製造完工。

據介紹，中國核能發展實施“熱堆-快堆-聚變堆”三步走戰略，在磁約束和慣性約束聚變上均有研究。目前，中國磁約束核聚變技術的研究上已處於世界前列。

2021年12月我國合肥東方超環實現了1056秒長脈衝高參數等離子體運行，是之前保持記錄的2倍還多；今年10月，中國新一代“人造太陽”HL-2M等離子體電流突破100萬安培，創造了中國可控核聚變裝置運行新紀錄，標誌着中國核聚變研發距離聚變點火邁進了重要一步。

三、人類距離用上核聚變能源有多遠？

無論是哪條技術路線，核聚變商業化廣泛應用，將人造太陽變成現實，都預計仍需要很長時間。

LLNL主任基姆·布迪爾（Kim Budil）表示，實現核聚變商業化可能需要數十年，核聚變技術還需克服諸多障礙，包括實現每分鐘完成多次聚變點火，並擁有穩健的驅動程序系統等。　“我們的計算表明，激光系統有可能實現數百兆焦耳的產量，實現產量的目標是有途徑的。”但我們現在離實現那個目標還很遠。”

杜祥琬表示，核聚變沒有原理性的障礙，但是技術比較困難。想要大規模使用聚變能，最大的挑戰是要有高密度高溫的條件，需要反應維持足夠長的時間，並且科學家們能夠大幅降低他們的成本。“我沒有聚變專家那麼樂觀，但實現地球上造一顆人造太陽，本世紀是可以看到的。”

杜祥琬還指出，可控核聚變能夠多廣泛應用在人類的生活和工作中，取決於它多經濟，現在全球科學家都還在努力探索。不過，可控核聚變獲取能源也只是人類探索清潔和可持續能源的出路之一，其他的可持續和清潔能源同樣可以研究和利用，如太陽能、風力、水力、地熱等能源。