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自然科学领域的国际顶级期刊《科学》杂志 ， 评选出了2021年度十大科学突破 ， 而其中最令人兴奋的科学突破 ， 是“可控核聚变”技术 。
“可控核聚变”技术 ， 又叫做“人造太阳” ， 因为它产生热能的原理跟太阳这样的恒星是一样的 ， 被认为是一种取之不尽的终极能源解决方案 。 就在本月 ， 中科院合肥物质科学研究院再次点燃了“人造太阳”反应堆 ， 专业名字叫做全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST） ， 这个实验装置最早是由苏联科学家提出的 。 中科院的这次实验 ， 会让“人造太阳”变得更热、更持久 ， 这是实验室方面的突破 。
不过如果问 ， 可控核聚变技术什么时候能够实现商用发电 ， 这可就是个玄学了 。 在科技圈里 ， 一直流传着一个笑话——你在任何时候去问科学家：“可控核聚变还有多久可以实现？”他都会告诉你：“还有30年 。 ”从1950年代 ， 苏联科学家提出托卡马克核聚变装置开始 ， 科学家们就一直是这么回答的 。
但是在今年 ， 这个“还有30年”的答案终于要变了 。 著名科学期刊《自然》在今年11月发表了一篇文章 ， 叫《通往聚变能源的竞赛》 。 讲的是目前全球有大概30来家科技企业 ， 它们正在参与一项激烈的竞争——成为世界上第一家成功实现商业核聚变的企业 。
这些企业通常是由某个知名大学或者实验室里 ， 常年研究核聚变技术的研究团队发起的 ， 目前累计融资超过了24亿美元 ， 并且陆续公布了自己的技术时间表 。 其中最积极的方案是 ， 在2025年左右 ， 建成用于技术演示 ， 可以产生电能的可控核聚变装置；在2030年左右 ， 建成商业上可行的聚变发电站 。
那么 ， 这些公司是不是在吹牛呢？它们凭什么认为自己能在未来5-10年的时间里 ， 就建造出商业级的聚变发电装置呢？
但从目前看来 ， 这些创业公司是很有干货的 ， 这些公司的创新点可以归纳为两个方向：新材料和新结构 。
先来说材料方面 。 比如美国的“共同体聚变系统（CFS）公司” ， 这家公司的核心团队 ， 是来自美国麻省理工学院等离子体科学和聚变中心的研究人员 。 他们最重要的创新 ， 是发明了一种高温超导体材料 ， 用来包裹聚变反应炉的外壳 。 这可以让聚变反应炉的磁场强度高几十倍 ， 从而大幅提高核聚变的发电效率 ， 并且缩小反应炉的体积 。
还有美国的TAE科技公司 ， 他们的技术路线非常大胆 ， 直接在聚变材料上进行了创新 。 这家公司抛弃了全世界最常用的氢元素聚变 ， 而是使用了硼元素聚变 。 这种技术路线的好处是 ， 可以降低反应炉内部的污染和损耗 。
再来说说新结构方面 ， 也就是在聚变反应炉的结构上进行创新 。 先来补充一个背景：聚变反应炉最常用的设计方案 ， 是前面说的苏联科学家在1950年代提出的托卡马克结构 。 现在 ， 有些公司正在对这种结构进行改进 。
比如英国的托卡马克能源公司 ， 就是使用了一种球形结构 ， 用来提高聚变过程的能量利用效率 。 还有加拿大的通用聚变公司 ， 他们设计的反应炉结构有点像是活塞式航空发动机 ， 通过不停地压缩反应腔 ， 像一个大号发动机一样 ， 周期性地引发核聚变反应 。
刚刚提到的这些技术细节 ， 你可能不太熟悉 ， 没关系 ， 不用专门去记 。 你只需要了解 ， 人类走向可控核聚变的技术道路 ， 并不是“自古华山一条道” ， 而是“条条大路通罗马” 。
不过“可控核聚变”技术到底能不能按预计的那样 ， 在2030年实现商用发电 ， 要看两个关键技术节点 。
第一 ， 就是要看能不能在2025年前后实现成功的“点火” 。 也就是去看 ， 聚变反应炉中的温度 ， 能不能长时间、稳定地超过核聚变的临界温度 。 这是核聚变发电的大前提 。
第二 ， 要看这些聚变装置在实现“点火”之后 ， 整体的能量效率能不能大于1 。 聚变装置为了维持自身运转 ， 本身是要消耗电能的 。 只有当它的能量效率大于1 ， 也就是反应炉所产生的能量大于它消耗的能量 ， 才能投入发电 。
【可控核聚变技术，什么时候能够实现商用发电？这是科技界的玄学！】
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