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核聚变:中国能源问题的解决之道?

英国科学家斯蒂文·考利在接受中外对话采访时说,中国有可能找到一条清洁且无穷无尽的能源供应之路——如果这条路真行得通的话。

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休斯顿自然科学博物馆核聚变展览。一天核聚变所产生的能量可满足世界25%的能耗需求,斯蒂文·考利表示。( 图片来源:kpfellows

自从福岛核事故发生后,全球核能产业经历了一场启示录式的大反思:先是日德关闭核电站,接着英国发生核废料处理规划骚动,然后是怀疑中国成为新反应堆设计样板的能力

但是,并非所有核能领域的活动都陷入停滞。核聚变(与常规核电站所用的核裂变技术正相反)的研究依然势头不减。尽管质疑者们开玩笑说,这项人们期待已久的奇迹性核技术的突破永远还要“再等三十年”;但支持者们坚信,我们离一个清洁而且几乎是无限的能源已经越来越近。

核聚变实际上就是在地球上复制太阳中的物理反应,即用2亿度的高温让从海水中获得的原子聚合在一起,在此过程中释放出巨大的能量。目前,英国拥有世界上唯一可以进行核聚变的机器(不过它还无法产生电力),但它正在加快与一个特别伙伴的合作脚步,这个伙伴就是中国。

斯蒂文·考利是卡拉姆聚变能研究中心主任、英国原子能管理局首席执行官,也是英国顶尖的核聚变科学家。他最近刚刚结束中国之行,访问了中国两个核聚变研究中心——成都和合肥,与中国同行就建立更加紧密的伙伴关系进行了探讨。接下来双方还可能进行深入合作,包括请中国科学家到英国参与核聚变试验,考利甚至还希望能够建造“中英聚变反应堆”。

考利对核聚变抱有一种“物理教师式”的巨大热情(他说:“我早上起来的时候不必问自己‘今天这件事还有趣吗’,因为它每天都是有趣的。”),因此他是一个很好的出面人物。质疑者们一致攻击说,五十年的漫长尝试充分说明核聚变是一条死胡同,但他对此毫不理睬。考利说:“我是搞技术的,我只关注技术方面的事情,只会问为什么它现在不管用,只考虑我们需要做些什么让它在未来发挥作用。我不会去看这项研究的历史,也不会说花了整整五十年才走到这一步。要知道,人类整整用了三千年才会飞。”

核聚变:中国的“唯一选择”

寻求与中国的合作可谓是一步妙棋。从美国到韩国,全世界的国家都在向核聚变研究中投钱,但中国在这个问题上投入的资源尤其巨大。每年,中国都有数以百计的博士新生投身核聚变研究。因此,中国应该是最有可能建造出世界第一台核聚变发电反应堆的国家。

考利说:“对中国来说,这是背水一战。要在21世纪的后半支撑起像中国这样规模的经济体,除了继续大量使用化石燃料,中国实在别无选择,而众所周知这对世界是不利的。”

常规核电是受到实际限制的,作为其燃料的铀储量可能在几百年内就会耗尽。但核聚变就完全不同了,它的燃料——氘和锂都来自海水,不但供应充足,而且容易获取,这对能源安全形势日益严峻的中国来说,是一个确信无疑的福音。而且,核聚变不会产生大量废弃物,在全球对有毒核废料的斗争如火如荼的背景下,这成为一个重大优势。

“考虑到中国的经济规模,尤其是三十年之后的规模,如果不想像过去那样留下长期的有害‘遗产’(无论是巨大的二氧化碳排放,还是大量需要埋存的核废料),我想唯一的出路就是核聚变。”

中国超越欧洲?

目前,世界上唯一能够产生聚变能的可操作聚变试验,是英国的欧洲联合环流器,简称JET。但这个“唯一”当不了多久了。一项多国联合研究正努力在法国南部建造一个示范聚变堆,这就是ITER项目(尽管目前它还只是一个耗资190亿美元的地洞),有望于2025年前后启动试验。这一项目的支持者希望它能够成为世界上第一个产生的电量大于耗电量的聚变试验。

从长远看,核聚变研究的中心可能东移。中国和韩国都是ITER项目的参与国,同时计划在欧洲的项目结束后马上继续进行自己的示范项目建设。因此,很可能欧洲在付了ITER最大的那份帐单之后(欧洲国家占45%,中国只有9%),却发现自己被落在了后面。但是,谁先在核聚变研究上取得成功,这个问题重要吗?

考利认为这完全不重要。他说:“核聚变是生产能源的完美途径,只除了一点——要实现它很难。因此,我们只要让它继续发展,走上正路就行。如果中国率先解决了核聚变问题,建造出世界上第一个核聚变电站,就能解决中国的排放问题,这就跨出了一大步,对我们所有人都有助益。”

但是,如果核聚变走出相对狭窄的科学圈,成为一项价值数万亿美元的产业的话,上面这种“同行友爱”恐怕马上就烟消云散了。考利说,这也正是欧洲必须快马加鞭推进核聚变研究的原因。他说:“世界能源市场每年的总产值为6-7万亿美元。如果你能掌握一种占据25%份额的能源供应方法,情况将会怎样?!因此,现在的确值得好好考虑一下,如何确保欧洲在未来的核聚变能源产业中占有一席之地。”

不遗余力

上述一切,无论希望还是恐惧,都是建立在核聚变能够切实大规模发电这一假设基础上的。问题并不在于聚变堆究竟有没有可能建成(自从1997年JET生产出相当于16个风车的电力后,这就完全没有疑问了),而是在于核聚变反应是否能够持续,生产出的电力是否大于其所消耗的,电力价格能否低到可以与其他能源竞争的程度。另外,还有一些问题也悬而未决,比如用什么材料来造反应堆壁,才能避免几年一次的更换。

由于核聚变研究的国际属性,进展情况也不免错综复杂。ITER项目必须包容六个国家再加上欧盟的意愿,由此造成不少效率低下之处。比如,作为反应堆部件之一的真空容器,一部分在韩国制造,一部分在欧洲制造,原因就是双方都希望在其中“插一脚”。2006年以来,项目的成本增加了三倍,时间表延长了四年,人们将原因归结为建设的延迟和漫长的设计评审。许多人认为把这笔资金用到别处,会给世界造福更多。

中国当然也在探索别的能源道路。比如另一种长期以来被当作完美能源的核技术——球床模块式高温气冷堆,以及由江绵恒领导的钍研究项目(启动资金3.5亿美元,参与研究人员140人)等。在核能领域之外,页岩气也具有改变中国国内能源市场版图的潜力。

“中国资金充足,人才济济,我认为它会不遗余力地寻求一种长远可靠的燃料供应。因为如果不这样的话,中国的增长就会陷入可怕的停滞,其他所有国家都会如此。”考利说道。

翻译:奇芳

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Pulsotron核聚变项目

Pulsotron-2于2013年10月达到点火条件,Pulsotron300K的成本低于四百四十万美元的目的是尽量实现在2年内全面点燃。其功率为700千瓦(卡车的功率)。它将解决在短期内中国的污染和能源问题。该项目是在Researchgate furum 。

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