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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(yè)協(xié)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(yè)聚變?nèi)允且粋€遙遠的夢想。為了更好地理解為什么經(jīng)過幾十年的研究,核聚變?nèi)晕闯蔀槿蚰茉唇Y(jié)構(gòu)的一部分,以及為什么這種情況將發(fā)生變化,我們采訪了核聚變行業(yè)協(xié)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(chuàng)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(shù)”,這是真的嗎?

答:雖然這是一個經(jīng)典的核聚變笑話,但有點悲哀,因為在現(xiàn)實中,正在取得進展。今天,各種因素共同加速了核聚變的發(fā)展。首先,科學已成熟——我們現(xiàn)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(xiàn)核聚變反應。除此之外,還出現(xiàn)了新技術(shù),例如改善等離子體模擬和建模的高性能計算,優(yōu)化和控制操作的人工智能和機器學習,以及可以產(chǎn)生更強的磁場以更好地約束聚變?nèi)剂系母邷爻瑢w。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(yè)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(xiàn)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(yè)協(xié)會現(xiàn)在已發(fā)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(xiàn)出興趣。

問:為應對氣候變化,許多國家的目標是到2030年實現(xiàn)大規(guī)模脫碳,到2050年實現(xiàn)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?!蔽艺J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(xiàn)在需要大力推動,目標是在2050年前將核聚變納入電網(wǎng)。

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(shù)的發(fā)展,如何避免這些障礙?

答: 我們必須克服各種各樣的挑戰(zhàn),它們會出現(xiàn)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(fā)電的中試廠。一旦成功,我們就可以計劃進行商業(yè)推廣。

在盈虧平衡和首次發(fā)電之間存在著一些技術(shù)障礙,例如如何提取能量和增殖更多的氚燃料。核聚變的環(huán)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(shè)計一種能夠快速、方便和經(jīng)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(jiān)管問題,以便當我們準備建造時,不會出現(xiàn)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(fā)展核聚變的行列。我們需要考慮所有這些問題,現(xiàn)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(fā)展中國家參與進來?

答:在1985年日內(nèi)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(shè)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(xiàn)在已開始形成,這將有助于降低成本和分擔風險。在發(fā)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(lǐng)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(yè)?

答:人們早就意識到物理學和核聚變領(lǐng)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(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)以增加包容性的計劃來解決性別問題。對于規(guī)模往往很小的私營公司來說,這更具挑戰(zhàn)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(chuàng)建了@womeninfusion,以展示從事該領(lǐng)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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