过去50年来，我们一直在“接近”实现核聚变发电。什么时候它才会真正发生？

托卡马克聚变反应堆内部。

（图片来源：蒙蒂·乐泉/盖蒂图片社）

核聚变发电原本应是个将要成真的梦想。当我们发现把较小的原子碾碎后放在一起可以创造更大的原子并且流失少量能量时，全世界的科学家都意识到了这种新的物理知识的所蕴含的意义。他们中有些想把他们变成武器，但另外的人则想把它发展成一种清洁，高校，能够取之不尽地供应的一种电能。

但其实聚变发电是很难的。它非常困难，非常复杂，充满了意料之外的陷阱和困难。四分之三个世纪以来，我们一直在尝试建造核聚变发电站。我们已经取得了多进展，巨大的，突破性的，拓展边际地进展。但我们还没有成功完成。核聚变发电是过去50年来一直被认为是“只需要20年”的事情之一。

我们遇到的主要的挑战是，虽然制造核聚变相对来说比较简单——我们用热核武器就能做到——但在其中提取可用的能量时让反应变得缓慢且可用更困难。

现代科学中主要有两种主要的核聚变发电的途径。第一种是根据一个叫做惯性制约的过程。在这个过程中，你会向一个小目标发射一堆机关，让它爆炸，引起短暂的聚变反应。在2022年12月，国家点火装置部门通过运用这种方法来达成“盈亏平衡”而成为了新闻，释放出的能量比投入的燃料要更多。

另一种是基于磁约束的一种方法，强大的磁场挤压等离子体，直到它开始熔化。实验已经有了长足的进展，但我们一直被一个问题困扰着，就是确保等离子体的稳定性，这对于一个稳定的聚变过程来说是必不可少的。最近的叫做ITER的系统当下正在被一个国际研究联盟建造。他们希望在建造完成后，ITER将会变成第一个达成盈亏平衡的磁约束设备。

但是NIF不是为了发电才被设计的，并且目前我们尚不清楚如何将它发电的过程变成一个发电站。虽然它已经尽了全力，但它也只通过聚变制造了价值五美分的电。另外，盈亏平衡的技术意义会有些令人失望。是的，全职美工燃料释放的能量比它所吸收的要更多，但之后少于1%的能量能进入燃料。至于ITER，它无可救药地陷入了管理不善和成本过高中，并且它本身甚至不是为了发电而设计的。

聚变发电什么时候才能最终实现？

我不敢确切地说什么时候我们才能实现可持续的聚变发电，如果真的有那一天的话。但这是一些我不科学地构建的概率：未来20年的几率是10%，在下一个世纪的几率是50%，在那之后的100年的几率是30%，还有10%的几率它永远也不会实现。

我是怎么知道这些数据的？我想把聚变发电称为一项跨世代的，或世纪级别的挑战。人类过去已经取得了这些成果：人类历史早期的大型浇灌工程，大型寺庙和城市的建造，蒸汽机、铁路、教堂的建造，还有更多。

通常来说，这种项目需要跨越好几代人的参与。有时候，当我们倾注大量的资源，并且突然幸运地获得了正确的人，领导力，才华和知识时，我们能加速我们的进程并在短时间内完成它们。就在最近，伴随着曼哈顿计划和大胆创新计划，我们看到这种情况发生了。

但是在20世纪中叶，当我们有机会花费整整一代人的时间和金钱在核研究上时，我们曾有一个在炸弹发电站之间的选择——而我们选择了炸弹。所以从20世纪50年代开始，当发电站的研究没有进展得那么快时（因为它没有来自整个世纪的投资），它就逐渐减少并消失了。

这说明聚变的研究已经被将为和其他大多数研究同等的优先级，说明这将会需要大约一阵个世纪的时间去实现它。但没有关系。我们会慢慢来，将它做好完成，这将会是值得的。

BY:Paul Sutter

FY:Grace