文 | 中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院 蘇楊

容我們先一起了解下可控核聚變的能力。

目前，推動世界發(fā)展的能源主要是化石燃料、核能和可再生資源，每種類型的能源都或多或少存在弊端。相比之下，核聚變產(chǎn)生的能量是核裂變的 3～4 倍，其副產(chǎn)品是惰性、無毒的氦氣，不會影響環(huán)境安全。

核聚變反應(yīng)需要在高溫等離子體和外部磁場限制的環(huán)境下才可以進行，同時它可以在幾秒鐘內(nèi)得到控制或停止，安全系數(shù)極高。因此，從全球來看，可控核聚變是各國都在追求的一種清潔、安全的能量生產(chǎn)技術(shù)。

那么核聚變究竟能帶來多少能源？

讓我們抬頭仰望太陽，太陽的燃燒過程就是典型的核聚變過程。這顆恒星每秒鐘輻射的能量相當于1.05×1020 KWh，也就是1.05萬億億度電。

而我們的地球，位于距離太陽1.5×108km的軌道上，接收到的太陽輻射能量相當其輻射總能量的22億分之一，約每秒 1.72×1017J，可以換算為每秒478億度電！

這是個什么概念？舉個具象一點的例子，相當于764.8萬座三峽大壩同時發(fā)電才能在1秒內(nèi)產(chǎn)生如此巨大的能量。

這就是為什么可控核聚變被譽為人類的終極理想能源。它的原理并不神秘，用通俗易懂的話說，本質(zhì)上是模仿太陽內(nèi)部的反應(yīng)：將氫的同位素——氘和氚——加熱到上億度的驚人高溫，迫使它們的原子核融合成氦，并在這個過程中釋放出巨大的能量。

1公斤氘-氚聚變?nèi)剂袭a(chǎn)生的能量，相當于11000噸標準煤，且?guī)缀醪划a(chǎn)生污染。而氘的來源極其豐富，普通的一升海水中就含有三十毫克氘，其蘊含的聚變能量相當于三百升石油。

氚的生產(chǎn)要復(fù)雜一些，畢竟自然環(huán)境中存量很少，主要通過人工方式生產(chǎn)，譬如鋰核反應(yīng)，就必須建造產(chǎn)氚堆這個特殊設(shè)備。不過生產(chǎn)這些元素現(xiàn)在不存在技術(shù)問題，那么就可以預(yù)估可控核聚變能夠生產(chǎn)多少能量了。

據(jù)測算，地球上僅在海水中就有45萬億噸氘，如果把海水中的氘全部用于核聚變反應(yīng)，其釋放出的能量足夠人類使用幾百億年，可以說取之不盡、用之不竭。

至于氚，利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子轟擊氟化鋰、碳酸鋰或鋰鎂合金就可以大量生產(chǎn)氚，而海水中又含有大量的鋰，也可以說儲量無窮無盡。

大概了解了可控核聚變的能力，再談?wù)勀男┊a(chǎn)業(yè)會興盛起來，這里需要簡單做個分類，即自身產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)兩個方面。

所謂自身產(chǎn)業(yè)，是指實現(xiàn)可控核聚變的過程中帶來的產(chǎn)業(yè)進步。作為高科技產(chǎn)業(yè)，最終實現(xiàn)的發(fā)電設(shè)備必然是一個前沿大科學裝置。

一是上游原料供應(yīng)，包括金屬鎢、銅等第一壁材料，各類有色金屬等高溫超導(dǎo)帶材原料以及氘氚燃料。其中超導(dǎo)材料特別是低溫超導(dǎo)材料是核聚變裝置的主流選擇，而高溫超導(dǎo)材料因可在更高溫度下維持強磁場，也是目前研發(fā)重點。因此先進材料的相關(guān)產(chǎn)業(yè)必然會隨著可控核聚變的應(yīng)用而迅速發(fā)展起來。

二是中游各類設(shè)備，包括磁體、偏濾器等核聚變主機設(shè)備，以及壓力容器、蒸汽發(fā)生器、汽輪機、發(fā)電機、各類泵閥等其他設(shè)備。這些設(shè)備的設(shè)計與制造需要極高的精度與可靠性，以保證核聚變裝置能夠安全穩(wěn)定運行。因此高端制造業(yè)也被被可控核聚變的應(yīng)用帶到飛起。

三是下游運營，這是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與商業(yè)化應(yīng)用的核心環(huán)節(jié)，新一代能源運營產(chǎn)業(yè)勢必會隨著可控核聚變的應(yīng)用而大規(guī)模發(fā)展。而且由于可控核聚變是一個大型綜合科學集成體，有眾多技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，那么成果轉(zhuǎn)化類的軟實力服務(wù)產(chǎn)業(yè)也會愈發(fā)興盛。

所謂應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，就是可控核聚變產(chǎn)生能源后進行服務(wù)的那些產(chǎn)業(yè)，凡是能源消耗量大的產(chǎn)業(yè)，都必然會得到重要的發(fā)展機會。

比如信息技術(shù)行業(yè)，作為當前發(fā)展最為迅猛的高耗電領(lǐng)域之一，面臨著巨大的能源挑戰(zhàn)。隨著大型數(shù)據(jù)中心、云計算和人工智能等技術(shù)的廣泛運用，能源消耗量急劇上升。目前全球服務(wù)器每年的能源消耗量相當于多個城市的用電總量，迫切需要節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新來降低能源依賴。

工業(yè)制造行業(yè)同樣不容忽視，傳統(tǒng)制造業(yè)在生產(chǎn)過程中依賴大量設(shè)備和機器，導(dǎo)致電能消耗巨大。特別是在鋼鐵、鋁業(yè)、化工等重工業(yè)領(lǐng)域，能源需求更為旺盛。

建筑業(yè)也是一個高耗電行業(yè)。大型商業(yè)建筑、工廠和公共設(shè)施的用電量龐大，空調(diào)、照明和電梯等設(shè)備持續(xù)運行需要大量電力。

交通運輸業(yè)同樣面臨高耗電問題。電動汽車的普及在帶來環(huán)保效益的同時，也對電力資源提出了新的挑戰(zhàn)，尤其是充電樁的建設(shè)和電網(wǎng)承載能力成為了亟待解決的問題。

農(nóng)業(yè)作為高耗電行業(yè)，溫室大棚、農(nóng)田灌溉和農(nóng)產(chǎn)品處理設(shè)備等都離不開電能的支撐。

而如果可控核聚變得到成功應(yīng)用，以上問題只需要兩個字回答：解決。再送四個字：迅猛發(fā)展。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自《中國核工業(yè)》雜志和《中國核工業(yè)報》官方微信號）