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    核聚變在社會需要時就會準備好

    Michael Madsen

    “ 即使核聚變不能及時上線, 為2050年的目標作出貢獻,在本世紀后半葉能源需求甚至更大的時候,它還是會被需要。”—核聚變行業協會英國理事MelanieWindridge

    — - Melanie Windridge, UK Director, Fusion Industry Association

    自20世紀20年代以來,科學家們一直在吹捧聚變能的潛力,但直到最近,商業聚變仍是一個遙遠的夢想。為了更好地理解為什么經過幾十年的研究,核聚變仍未成為全球能源結構的一部分,以及為什么這種情況將發生變化,我們采訪了核聚變行業協會英國理事、托卡馬克能源公司宣傳顧問以及《聚變能源洞見》創始人Melanie Windridge。

    問:有一個老笑話,說“核聚變是永遠屬于30年后的技術”,這是真的嗎?

    答:雖然這是一個經典的核聚變笑話,但有點悲哀,因為在現實中,正在取得進展。今天,各種因素共同加速了核聚變的發展。首先,科學已成熟——我們現在對等離子體物理有了很好的理解,托卡馬克等概念已實現核聚變反應。除此之外,還出現了新技術,例如改善等離子體模擬和建模的高性能計算,優化和控制操作的人工智能和機器學習,以及可以產生更強的磁場以更好地約束聚變燃料的高溫超導體。今天,更強大、更高效的激光可以促進慣性約束核聚變,制造業的進步可以有助于降低實驗和未來電廠的成本。

    重要的是,現在公眾對氣候解決方案更加感興趣,各國政府正在制定零排放目標。還有就是聚變私營部門,迄今已吸引大約20億美元的投資。核聚變行業協會現在已發展到約25個會員,甚至石油和天然氣公司也開始對核聚變表現出興趣。

    問:為應對氣候變化,許多國家的目標是到2030年實現大規模脫碳,到2050年實現碳中和。核聚變會不會來得太晚而無法有所作為?

    答: 俄羅斯物理學家L e vArtsimovich曾說過,“核聚變在社會需要時就會準備好。”我認為這是真的。理想情況下,我們在30年前就解決了核聚變問題,今天它就可以推出了。但過去的條件不適合核聚變,也沒有合適的動力或可能性。

    因此,即使核聚變不能及時上線,為2050年的目標作出貢獻,在本世紀后半葉能源需求甚至更大的時候,它還是會被需要。但我們現在需要大力推動,目標是在2050年前將核聚變納入電網。

    The ST40 tokamak, built and operated by private company Tokamak Energy. October 2020

    由私營托卡馬克能源公司建造和運行的ST40托卡馬克。(圖/托卡馬克能源公司)

    問:你認為哪些障礙會阻礙該技術的發展,如何避免這些障礙?

    答: 我們必須克服各種各樣的挑戰,它們會出現在不同的階段。首先,從聚變反應中獲得的能量比我們投入的要多。我們把這個里程碑稱為“盈虧平衡”。在超過這個盈虧平衡點之后,我們需要建立一個能夠發電的中試廠。一旦成功,我們就可以計劃進行商業推廣。

    在盈虧平衡和首次發電之間存在著一些技術障礙,例如如何提取能量和增殖更多的氚燃料。核聚變的環境對材料的要求也很高。如果你使用超導磁體以及強磁場,它需要極熱和極冷。然而,高能中子是最成問題的,因為它們對材料的破壞性很大。因此,我們很可能不得不不時地更換電廠的某些部件,因此我們需要設計一種能夠快速、方便和經濟地完成這項工作的裝置。

    除了物理學和工程學之外,核聚變界還需要與政府討論監管問題,以便當我們準備建造時,不會出現許可證審批方面的障礙。最后,還有公眾接受的問題,確保公眾也加入到發展核聚變的行列。我們需要考慮所有這些問題,現在就開始討論。而且,事實上,我們正在這樣做。

    問:今天,將近8億人生活在沒有可靠電力供應的情況下。核聚變對這些人來說是一個解決方案嗎?該部門正在做些什么來讓發展中國家參與進來?

    答:在1985年日內瓦著名的里根與戈爾巴喬夫“爐邊會談”首次提出國際核聚變項目ITER設想時,他們說希望核聚變造福全人類,而這仍然是目標。ITER正在計劃一項對所有國家開放的教育計劃,目的是建立未來的核聚變工作人員隊伍。如果我們計劃在全世界推廣核聚變,這將是非常重要的。

    公私合作現在已開始形成,這將有助于降低成本和分擔風險。在發展中國家,這種公私合作將尤其重要,并可能需要政府間援助。

    問:物理學和核能是典型的男性主導的領域。我們在核聚變方面正在做些什么來確保一個性別更加平衡的行業?

    答:人們早就意識到物理學和核聚變領域的性別失衡,也有過一些改變這種失衡的舉措,但這將是一個緩慢、多代人的過程。

    近20年來,我一直在參與旨在試圖改變性別觀念的倡議。在一些大型實驗室里,他們正積極嘗試通過旨在提高多樣性和創建網絡以增加包容性的計劃來解決性別問題。對于規模往往很小的私營公司來說,這更具挑戰性。

    不過,這不僅是實驗室能做的,也是我們作為個體能做的。我最近在Instagram上創建了@womeninfusion,以展示從事該領域工作的女性,幫助鼓勵下一代女孩追求物理。

    2021.05
    Vol. 62-2

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