一個老生常談的笑話是–核聚變總是要等到30年後發生，然而，豐富的清潔能源的夢想並不是一件可笑的事情。我們的太陽通過核聚變創造光和熱為地球上的生命提供了數十億年的燃料。

鑑於這種令人難以置信的力量和壽命，似乎沒有比利用包括我們自己的太陽在內的恆星中發生的相同核過程更好的方式來產生能量了。

核聚變反應堆的目的是通過融合氫原子來創造氦進而以熱的形式釋放能量，以此來重現這一過程。大規模地維持這一過程有可能產生安全、清潔、幾乎取之不盡的電力供應。

這一探索在幾十年前就開始了，但一個長期以來的笑話即核聚變總是在30年後才開始會不會很快就顯得過時了？

一些人希望如此，因為在2021年底的一次核聚變實驗中取得了重大突破。這是在位於英國牛津郡的歐聯核磁聚變設備(JET)研究設施中進行的，該設施是一個巨大的圓環形機器–託卡馬克。

裡面產生了被稱為等離子體的過熱氣體–核聚變反應就在其中進行–並包含被強大磁場固定住的帶電粒子。這種等離子體的溫度可以達到1.5億攝氏度，這是太陽核心溫度的10倍。

在持續5秒鐘的爆發中，EUROfusion聯盟的研究人員釋放了破紀錄的59兆焦耳(MJ)的聚變能量。這幾乎是1997年在同一設施創造的21.7MJ紀錄的三倍，其結果被譽為25年以來最清晰地展示了聚變能源提供安全和可持續低碳能源的潛力。

這些結果為核聚變下一階段的發展提供了重大推動力。一個更大和更先進的JET版本被稱為ITER（在拉丁語中意為“道路”），其正在法國南部Saint-Paul-lès-Durance一個180公頃的場地上建設。

ITER是由包括歐盟國家在內的35個國家合作建造的，其目的是進一步鞏固核聚變的概念。作為有史以來最複雜的機器之一，它計劃在2025年開始產生第一個等離子體，然後在2035年左右進入高功率運行–儘管該項目的研究人員預計會因為大流行病而出現一些延遲。

主要里程碑

JET的成果代表了一個重要的里程碑，EUROfusion項目的項目經理Tony Donné教授稱，該項目是一個由全歐洲4800名專家、學生和設施組成的大型聯合體。他說道：“這是一個巨大的里程碑–很長一段時間以來最大的里程碑。它證實了所有的建模，所以它確實增加了人們的信心，即ITER將工作並做它所要做的。雖然在JET產生的能量只持續了幾秒鐘，但目標是將其提升到產生能量的持續反應。”

Donné教授指出，自1997年以來的關鍵發展之一是改變JET容器的內壁。

以前內壁是由碳製成，但事實證明，這跟氘和氚的燃料混合物反應性太強。據悉，這是在聚變反應中使用的兩種較重的氫的同位素–或變種。這導致了碳氫化合物的形成，並將氚燃料鎖在了牆內。

為了減少氚的滯留，在涉及16000個部件和4000噸金屬的重建工作中，碳被替換為鈹和鎢。最終，該團隊得以將被困燃料的數量減少一大倍，從而為最近的聚變拍攝的成功做出了貢獻。

DEMO運行

在為核聚變史詩般的旅程的下一階段做準備時，對JET的升級確保了其配置跟ITER的計劃相一致。在未來，超越ITER的下一步將是一個被稱為DEMO的示範電廠，其目的是向電網輸送電力，進而使得核聚變電廠成為商業和工業現實。

Donné教授說道：“ITER是一個能創造出比用於加熱等離子體的能量多10倍的聚變能量的裝置。但由於它是一個實驗性設施，它不會向電網輸送電力。為此，我們需要另一個設備，我們稱之為DEMO。這將真正把我們帶到第一代核聚變電站的基礎上。”

Donné教授繼續補充道：”JET現在已經表明，核聚變是可信的。ITER必須證明它是進一步可行的，而DEMO將需要證明它確實有效。”

Donné教授認為DEMO在2050年左右投入運行是現實的。它將為電網提供高達500兆瓦(MW)的電力。

然而在讓核聚變啟動和運行的道路上還有其他關鍵挑戰需要克服。最重要的是，雖然氘在海水中很豐富，但氚卻極其稀缺且很難生產。

因此，研究人員計劃開發一種在託卡馬克內生成氚的方法，他們將使用含有鋰的“孕育毯”。據了解，這個想法是，來自聚變反應的高能中子將跟鋰相互作用以產生氚。

重要的能源

Donné教授表示，核聚變可能被證明是未來的一種關鍵的綠色和可持續能源。他說道：“我想說這是必不可少的。我不相信到2050年我們可以只用可再生能源來實現二氧化碳的過渡，我們還需要其他東西。”

儘管目前通過裂變創造核能的方法正變得越來越安全，但核聚變有它關鍵的優勢。ITER的支持者談到了諸如沒有熔毀風險的好處，並補充稱核聚變不會產生長期的放射性廢物，而且反應堆材料可以在100到300年內被回收或再利用。“這肯定要安全得多，”Donné教授說道。

在提到被稱為“託卡馬克之父”的Lev Artsimovich時，Donné教授說道：“Artsimovich總是說，當社會真正需要它時核聚變就會出現。如果我們讓核聚變運行起來，那麼真的我們有一個非常安全和清潔的能源，它可以為我們提供數千年的能源。”