核聚變，即結(jié)合原子核以釋放大量能量的過程，長期以來一直被譽(yù)為最終的清潔且?guī)缀鯚o限的能源。歐洲在這項(xiàng)研究中取得了早期的領(lǐng)先，并憑借在法國的宏偉ITER項(xiàng)目保持了這一勢頭。近年來，美國也在核聚變研究方面加大了力度，這是由于其在減少排放和能源安全方面的潛力。相比之下，中國在這些聚變努力中起步較晚。但最近在這一前沿技術(shù)方面取得了進(jìn)展，并可能迅速超越歐洲、美國和日本的成果。

中國崛起成為全球領(lǐng)導(dǎo)者

中國擁有被稱為“人造太陽”的實(shí)驗(yàn)先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克（EAST）項(xiàng)目。由合肥物理科學(xué)研究院運(yùn)營的EAST已實(shí)現(xiàn)了幾個關(guān)鍵里程碑。2021年，EAST實(shí)現(xiàn)了1.2億攝氏度的等離子體溫度，并持續(xù)了101秒。后來，它達(dá)到了更高的1.6億攝氏度的溫度，持續(xù)了20秒——超過了多項(xiàng)國際基準(zhǔn)。中國還計(jì)劃開發(fā)其首個實(shí)驗(yàn)性聚變反應(yīng)堆——中國聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR），預(yù)計(jì)在2030年代完成。中國為ITER貢獻(xiàn)了關(guān)鍵組件，如超導(dǎo)磁體和屏蔽毯，CFETR旨在彌合ITER和商用聚變電廠之間的差距，這將使中國成為部署聚變能源的領(lǐng)導(dǎo)者。

中國磁約束聚變的進(jìn)展

據(jù)日本商業(yè)通訊社Nikkei報道，自2011年以來，中國在聚變供應(yīng)鏈中申請的專利數(shù)量超過了任何其他國家。中國在聚變科學(xué)和工程領(lǐng)域的博士人數(shù)是美國的十倍。2023年，中國的EAST超導(dǎo)托卡馬克創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了超過400秒的持續(xù)高溫等離子體——這是探索未來聚變機(jī)器所需的等離子體的重要里程碑。”據(jù)報道，中國政府每年在聚變能源上的投資接近15億美元，幾乎是美國聚變預(yù)算的兩倍。2024年4月，中國通過了新的原子能法，這將指導(dǎo)未來幾年的聚變監(jiān)管。聚變技術(shù)也首次被納入中國年度政府工作報告，目標(biāo)是到2035年擁有一個工業(yè)原型聚變機(jī)器，到2050年準(zhǔn)備商業(yè)使用。

磁約束聚變技術(shù)是這一戰(zhàn)略的關(guān)鍵。EAST采用了先進(jìn)的超導(dǎo)磁體，為高性能等離子體約束和穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。在這一過程中，通過約束可以獲得穩(wěn)定的反應(yīng)，在聚變創(chuàng)造的極端條件下，使用非常強(qiáng)大的磁場來限制和管理等離子體，即由氫的兩種同位素——氘和氚混合而成的電離氣體。其他項(xiàng)目，如美國的Commonwealth Fusion Systems，也在使用這種類型的聚變活動，該公司擁有包括意大利能源公司Eni在內(nèi)的歐洲股東。

雖然中國取得了重大進(jìn)展，但很明顯，它不能獨(dú)自達(dá)到聚變的圣杯，與全球合作伙伴如ITER的合作仍然至關(guān)重要。歐洲以其對國際合作和尖端技術(shù)的重視，提供了與中國國家主導(dǎo)方式相輔相成的模式。與此同時，美國和其他專注于私營部門驅(qū)動創(chuàng)新的國家正在創(chuàng)造多樣化的聚變研究生態(tài)系統(tǒng)。

日本的進(jìn)展

在日本，核聚變的研究工作開始得更早，進(jìn)展也在以可以與中國進(jìn)展相匹配的速度進(jìn)行。作為一個能源進(jìn)口國，日本很早就理解了聚變對其能源安全的戰(zhàn)略重要性。

這些最近的研究是在日本的Moonshot Goal 10 發(fā)展計(jì)劃的背景下進(jìn)行的，該計(jì)劃旨在解決日本特有的問題，如迅速老齡化的人口和對全球變暖影響的特殊脆弱性。其中專門針對核聚變，目標(biāo)是到2050年實(shí)現(xiàn)技術(shù)的多樣化應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)“一個與全球環(huán)境和諧共存、不受資源限制的活力社會”。日本的重點(diǎn)在于核聚變的長期可持續(xù)性，這體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新、強(qiáng)大的國際伙伴關(guān)系和對實(shí)際應(yīng)用的關(guān)注上。

其研究主要集中在兩個突出的項(xiàng)目上：位于Naka的日本托魯斯-60超先進(jìn)（JT-60SA）項(xiàng)目，這是一個由日本和歐盟共同開發(fā)的托卡馬克型聚變反應(yīng)堆；以及位于Toki的國家聚變科學(xué)研究所的大型螺旋聚變研究項(xiàng)目，這是世界上最大的螺旋裝置之一。

前者使用的托卡馬克技術(shù)旨在補(bǔ)充ITER的工作，而后者是世界上最大的恒星器型設(shè)備之一。與托卡馬克不同，恒星器提供連續(xù)的等離子體約束，無需脈沖操作，解決了穩(wěn)態(tài)聚變電廠的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。兩者都使用先進(jìn)的超導(dǎo)磁體來約束等離子體。日本在開發(fā)抗輻射材料方面領(lǐng)先，這對于聚變反應(yīng)堆的壽命和安全至關(guān)重要。日本政府于2023年4月啟動了聚變能源創(chuàng)新戰(zhàn)略，旨在支持“實(shí)現(xiàn)聚變能源作為世界下一代能源”的目標(biāo)。

今年3月，日本政府還宣布成立日本聚變能源委員會（J-Fusion），以鼓勵國內(nèi)私營聚變產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。今年早些時候，日本當(dāng)時的首相岸田文雄訪問美國期間宣布了一個新的伙伴關(guān)系，將美國能源部和日本的科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合起來，合作加速聚變能源的示范和商業(yè)化。政府還去年向英國派出了一個代表團(tuán)，以深化英日聚變合作。

全球向核聚變邁進(jìn)的競賽不是零和游戲。一個地區(qū)的進(jìn)步加速了全球的突破，使我們更接近實(shí)現(xiàn)聚變的承諾，即豐富的、無碳的能源。無論是通過國際合作、公共資金還是私營部門的聰明才智，聚變能源的夢想正變得越來越具體——為可持續(xù)能源的未來提供了希望。但哪個全球地區(qū)能從其部署中獲益最多，將由政府政策、投資者信心和商業(yè)戰(zhàn)略決定。

來源：國際能源小數(shù)據(jù)

如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除