“(可控)核聚變將在未來幾年內(nèi)成為現(xiàn)實，而非數(shù)十年后?！痹谟司圩儼l(fā)電創(chuàng)業(yè)企業(yè)、托卡馬克能源公司(Tokamak Energy)CEO David Kingham看來，人類實現(xiàn)“終極能源”——核聚變發(fā)電的曙光就在眼前。

這家2009年成立、位于英國牛津的核聚變明星企業(yè)近日宣布，其最新的ST40聚變反應堆已實現(xiàn)首次啟動，并正式生成第一批等離子體。今年秋季，ST40可以產(chǎn)生溫度達1500萬度的等離子體——這相當于太陽中心溫度。實現(xiàn)1500萬度之后，ST40的下一個目標是在2018年產(chǎn)生1億度的等離子體。該公司計劃，在2030年之前實現(xiàn)商業(yè)核聚變發(fā)電。

“無論是對英國還是全球核聚變能源發(fā)展而言，今天都是重要的一天。我們向世界展示了首個由私企設計、建造和運行的一流的可控核聚變裝置?！盌avid Kingham稱，ST40將證明，在結構緊湊、成本優(yōu)勢明顯的反應堆中可以實現(xiàn)1億度的聚變溫度?！斑@意味著，核聚變將在數(shù)年而非數(shù)十年后成為現(xiàn)實。”

太陽和氫彈所經(jīng)歷的，都是不受控制的核聚變過程。與之相對的可控核聚變，能夠持續(xù)、穩(wěn)定、安全釋放能量，在清潔性和原料儲備上優(yōu)于核裂變，一直被視作人類徹底解決能源危機的終極模式。從上世紀50年代開始，科學家們就在不懈追求這種如太陽般制造能量的技術。

反常規(guī)：球形托卡馬克裝置，通往核聚變的“捷徑”?

與青睞“大尺寸”的國家級大型核聚變項目或國際合作核聚變項目不同的是，托卡馬克能源公司另辟蹊徑，專注于設計和研發(fā)小型聚變堆——借助球形托卡馬克(Tokamak)裝置和高溫超導體兩種新興技術，并盡量保持設備的小型化。

托卡馬克裝置是核聚變反應堆中最為常見的設計。這種形似甜甜圈的裝置是呈圓形線圈的中空金屬結構，利用磁場控制超高溫等離子體。球形托卡馬克則是一種更加靈巧的替代方案，是該領域的“后起之秀”。托卡馬克能源公司認為，實驗和理論研究均已表明，相較于歐洲聯(lián)合環(huán)(JET)等更“常規(guī)”的托卡馬克裝置，球形托卡馬克裝置是通往聚變的“一條捷徑”。而小型裝置的建造時間更短，成本更低，商業(yè)前景廣泛。

該公司在公告中稱，隨著ST40反應堆啟動運行，接下來的步驟是安裝和調試一整套電磁線圈，這些電磁線圈對于達到核聚變所需的溫度至關重要。今年秋季，ST40將可以產(chǎn)生溫度達1500萬度的等離子體——這一溫度相當于太陽中心溫度。實現(xiàn)1500萬度之后，ST40的下一個目標是在2018年產(chǎn)生1億度的等離子體。這差不多是太陽中心溫度的7倍，同時也是受控核聚變必需的溫度。“1億度是一個關鍵閾值，這將成為一個打破紀錄的里程碑事件，因為私人擁有或投資的聚變堆中等離子體從未達到這樣的溫度?！? David Kingham說。

托卡馬克能源公司的最終目標，在2030年將聚變能送入電網(wǎng)。它的前身卡勒姆(Culham)實驗室，是全球最強大的托卡馬克裝置歐洲聯(lián)合環(huán)和世界領先的磁約束聚變能量研究中心的所在地。其中，歐洲聯(lián)合環(huán)是英國核聚變研究的核心和基石。

“將我們的公司設立在卡勒姆附近并沒有錯?！盌avid Kingham此前接受媒體采訪時表示，“歐洲聯(lián)合環(huán)項目上積累的經(jīng)驗(也包括其它位于卡勒姆的球形托卡馬克裝置)幫助我們走到了今天。諸如歐洲聯(lián)合環(huán)和國際熱核聚變實驗堆(ITER)等大型政府項目，進一步加深了我們對核聚變的理解，也使得像我們這樣的商業(yè)公司更加接近聚變目標?！?/p>

David Kingham說，他們并未將核裂變產(chǎn)業(yè)視為競爭者，相反，聚變和裂變之間可以相互獲益?！靶⌒湍K化核裂變反應堆和我們正在開發(fā)的同等規(guī)模的小型聚變堆之間有著十分有趣的技術重疊。”

由私人資本支持的核聚變企業(yè)涌現(xiàn)，與政府主導項目一較高下

這并不是托卡馬克能源公司首次驚艷能源界。世界首臺完全高溫超導磁體的托卡馬克裝置、也是托卡馬克能源公司的第二臺反應堆ST25，曾在2015年倫敦皇家學會夏季科學展覽會上演示了連續(xù)29小時輸出等離子體，創(chuàng)下世界紀錄。

在發(fā)布關于ST40 的最新動態(tài)后，David Kingham說道：“我們依然需要大量投資，許多學術和行業(yè)上的深入合作，專業(yè)且富有創(chuàng)新精神的工程師和科學家，以及卓越的產(chǎn)業(yè)鏈來支撐。我們的方法是繼續(xù)將探索聚變發(fā)電的征程分解為一系列工程挑戰(zhàn)，繼續(xù)募集資金以實現(xiàn)新的突破。在這條路上，我們已經(jīng)實現(xiàn)了一半的目標，通過不懈努力，我們將在2030年之前實現(xiàn)商業(yè)規(guī)模的聚變發(fā)電。”

在核聚變領域，像托卡馬克能源公司這樣的私人企業(yè)往往比政府部門表現(xiàn)出更進取的風險偏好，執(zhí)著于尋求更靈活快速的技術路徑。對于核聚變研究本身而言，這并不是壞消息，因為過去幾十年的核聚變研究，無形中給該領域貼上了“大型的、政治性的、麻煩的”等標簽。小型的、靈活的私人資本更擅長于在老問題上嘗試新的方法。“我們對核聚變的追求，是基于將其視為一項工程挑戰(zhàn)、一門生意，而非‘大科學項目’?！盌avid Kingham說。

相比之下，由大型公共資金資助的項目雖然時而有新的科學突破，但總體上進展緩慢，大型核聚變項目正變得越來越昂貴。比如，在堆積如山的技術難題、不斷攀升的巨額成本面前，當前世界上規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一ITER，不得不修改了既定的時間表，推遲了實現(xiàn)第一束等離子體的時間節(jié)點。該項目目前的計劃是在2035年實現(xiàn)點火運行，七個成員方——中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國，分別負責設計和關鍵部件的制造，但在具體實施過程中，這個大型而復雜的項目還是遭遇了不少困難。比如，有成員未能在規(guī)定限期內(nèi)完成任務，他們各自的制造技術和標準也不一樣，由此產(chǎn)生的連鎖反應嚴重拖慢了整體進度。

近年來，由世界超級富豪贊助和支持的核聚變創(chuàng)業(yè)公司，正在向這一技術革命發(fā)起沖擊，欲與政府出資主導的大型核聚變項目一較高下。獲得加拿大石油公司Cenovus和亞馬遜CEO杰夫·貝佐斯等投資方支持的通用聚變公司(General Fusion)，從高盛、微軟創(chuàng)始人之一保羅·艾倫、俄羅斯國有企業(yè)Rusnano等處融到上億美元資金的Tri-Alpha能源公司，都是近年來一鳴驚人的新星企業(yè)，打破了核電行業(yè)歷來的沉悶氣氛。

十多年后將聚變發(fā)電商業(yè)化，托卡馬克能源公司的目標是癡人說夢嗎?至少，迄今為止它的確實現(xiàn)了此前設定的一系列小目標。