每日关注!行业投资暴涨139%,谁在追逐“人造太阳”?
来源:Tech对角线 发布时间:2022-12-14 16:05:10

人类距离“人造太阳”的目标,似乎又近了一步。


(资料图)

当地时间12月13日,美国能源部官员宣布,由美国政府资助的加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL),首次成功在核聚变反应中实现“净能量增益”。

净功率增益,即产生的聚变功率与用于加热等离子体的功率之比率。

据悉,实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量,产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出,产生的能量比投入的能量多50%以上。

美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆在一份声明中称,这一突破是一项“里程碑式的成就”。

1、“净能量增益”意味着什么?

为什么这是一项“里程碑式的成就”呢?

因为核聚变点火作为实现可控核聚变的关键步骤,是实现可控核聚变的前提和基础。

众所周知,核聚变是使轻原子核融合成更重的原子核,并释放出大量能量的过程。

目前我们能了解到的核聚变就是两种:一种是恒星,比如太阳上产生的聚变。恒星完成核聚变依靠的是强大的引力。强大的引力不仅带来了高温(太阳中心温度高达1500万摄氏度),高压(太阳内部气压达3000多亿倍大气压),还提供了完美的封闭空间。在这样的高温高压的环境下,太阳犹如一个巨大的可控核聚变反应堆,无休止的向外部输出能量。

另外一种核聚变方式则是氢弹。它需要通过核裂变(原子弹爆炸)的方式在瞬间创造出高温、高压且短时间封闭的环境来引发核聚变。

不过,氢弹属于不可控核聚变,不能用来发电,而受控核聚变则是将核聚变反应控制在安全范围,也即人们所说的“人造太阳”。

但是,在人类研究人造太阳的过程中存在一个问题,那就是虽然核聚变释放的能量惊人,但整个可控核聚变过程也消耗了大量的能量,避免这种消耗的诀窍是让反应过程自我维持,使得输出的能量比输入的能量多,并且让这个过程持续而不是短暂地进行一次。只有这样,核聚变才能成为可用的能源。

实际上,人类在上世纪50年代就已经知道如何在热核武器中产生聚变。科学家们也已经能够在实验室中进行核聚变,但只是断断续续地进行,而且能源消耗巨大。

1997年,美国国家科学院就将点火(reach ignition)作为美国点火装置(NIF)聚变的目标。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的美国国家点火装置(NIF)

几十年来,科学家们一直在努力做到这一点。在这一过程中主要通过两种途径:一种是惯性约束聚变,主攻方向是激光聚变;另一种则是磁约束聚变,主攻方向是托卡马克装置,比较知名的包括美国的DIII-D、日本的JT-60SA、英国的JET、中国的东方超环(EAST)和环流器2M(HL-2M)、韩国的KSTAR,以及正在建设的ITER和SPARC等。

LLNL实验就是使用的第一种途径,即通过用世界上最大的激光撞击一个微小的等离子体颗粒来实现的。实验装置由近200台激光器组成,有三个足球场那么大,用高能量轰击一个小点,以启动核聚变反应。

虽然业内都在为LLNL的这一实验结果欢呼,但是加州大学洛杉矶分校的等离子体物理学家Troy Carter也透过媒体表示,NIF取得了巨大的突破,但还远远不能满足需要。

对此,他提出了自己的看法:首先,美国国家科学院提出的关键指标是聚变能量增益因子,也称为“Q”。增益为1 表示反应达到收支平衡。NIF 的最新公告显示增益大约为 1.5,这意味着反应已变为正能量。但这仅是将能量输入狭义地定义为击中燃料目标的激光能量时,如果从充电和发射激光所需的总能量(大约 300 兆焦耳)来衡量,这个结果仍然不够。

其次, NIF每天只能发射几次激光,而要运行一个真正的聚变反应堆,则需要每秒发射大约10次。

2、行业投资已暴涨139%

可控核聚变之所以备受关注,正是因为它具有储量几乎无限、清洁零碳等诸多优点,也被视为解决一切能源问题的“终极方案”。几十年来,对核聚变的探索主要是通过政府资助的大型项目来进行,比如美国国家点火装置 (NIF) 和在法国建设的国际 ITER 合作项目。

虽然早期也曾出现过零星的初创公司,但都未受到重视。根据英国原子能管理局之前的一份报告显示,整个 90 年代只有两家私人核聚变公司。

不过,近年来聚变装置紧凑化、小型化的发展趋势,为商业资本的进入提供了可能。像比尔·盖茨、杰夫·贝索斯、彼得·泰尔在内的亿万富翁都已经开始掏腰包支持核聚变公司。

今年7月,谷歌和雪佛龙公司宣布共同领投了核聚变初创公司TAE Technologies 2.5亿美元的新一轮融资,这也使得该公司的累计融资额达到了12亿美元。

融资的当然不止这一家,从不断披露的融资消息不难看出,资本正在源源不断流入核聚变领域:德国的Marvel Fusion在2月份获得了由Earlybird Venture Capital领投的 3500 万欧元融资;紧接着,4月份日本的EX-Fusion 完成了价值 1.3 亿日元的初始阶段融资;美国的Zap Energy在6月也宣布完成了由 Lowercarbon Capital 领投的1.6亿美元的C 轮融资。

根据美国核聚变工业协会在7月份发布的行业研究报告显示,在过去的12个月里,核聚变领域的投资暴涨了139%,私人投资核聚变的资金达到了28.3亿美元。

在国内,核聚变领域也在今年迎来了两起大手笔融资。

今年2月份,能量奇点获得将近4亿人民币的天使轮融资,投资方是米哈游、蔚来资本、红杉种子、蓝驰创投。

6月份,星环聚能获得数亿人民币的天使轮融资,投资方包括顺为资本、昆仑资本、中科创星、远镜创投、和玉资本、红杉种子、险峰长青、九合创投、联想之星、英诺天使基金、元禾原点、华方资本等。

有了资本的加持,初创公司们也纷纷给自己定下了发展目标:Helion Energy预计其第七代“北极星”原型机最早将于2024年成为世界上第一个展示净发电量的聚变发电机;TAE Technologies表示到 2030 年将具有商业可行性;CFS公司预计2025年实现商业核聚变发电。

险峰长青曾发文称,可控核聚变在科学上已经完成了最艰难的从0到1突破,我们其实已经站在了通往终极能源变革的前夜。

不过,即便如此,依据最乐观的估计,要想实现核聚变发电的初步商业化也需要10年以上的时间。一个更为务实且不失乐观的看法就是,可控核聚变还有很远的路要走,但这也是一条必经之路。

关键词: 人造太阳

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