清潔、無限能源的未來

關鍵要點

• 5 月 XNUMX 日，加利福尼亞州國家點火裝置的美國科學家從核聚變反應中產生的能量超過了他們投入的能量
• 實驗結果是在長達一個世紀的探索地球上釋放太陽能量的過程中取得的巨大核能突破
• 隨著更多的研究和金融投資，研究人員相信我們將在 100 年內生產 XNUMX% 清潔、無限的能源

“5 年 2022 月 XNUMX 日星期一是科學界重要的一天。”

在 13 月 XNUMX 日的新聞發布會上，國家核安全局 (NNSA) 副局長吉爾·赫魯比 (Jill Hruby) 發表了這種輕描淡寫的說法。

主題：加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 (LLNL) 國家點火裝置 (NIF) 的核能突破。

白宮科技政策辦公室主任 Arata Prabhakar 博士稱這一成就為“科學里程碑”和“令人難以置信的工程奇蹟”。

“這種推進研究、構建複雜工程系統、雙方相互學習的雙重性，這就是我們做真正大而艱鉅的事情的方式，這只是一個很好的例子，”她補充道。

聚變反應獲得的淨能量在人類歷史上尚屬首次。 雖然更多的研究（ 很多 需要更多的研究）才能使該技術可複制、可擴展和更高效，這是通向清潔能源道路上必不可少的一步。

對於投資者而言，這代表著數十年成熟的採摘機會。

什麼是核聚變？

核聚變涉及將原子組合成一個更大的原子。 這個過程會產生巨大的能量，是驅動太陽的核心反應。

核聚變不同於核裂變，後者是核電站中使用的過程。 裂變分裂原子，而不是結合它們，在此過程中產生危險的放射性廢物。

相比之下，核聚變的效率要高得多，幾乎不產生廢物，而且會消耗海水中容易獲得的氫原子，而不是埋在地下的放射性物質。 這使它成為為從房屋到製造工廠的一切供電的理想選擇……如果它可以擴展的話。

自一個世紀前發現核聚變以來，科學家們競相在實驗室中解開和復制其機制。 但是運行一個需要比它放出的能量更少的聚變反應，一個稱為點火的過程，一直讓科學家們望而卻步……

到現在。

簡而言之，核能突破

XNUMX 月的核能突破發生在國家點火裝置，該裝置使用稱為“熱核慣性聚變”的過程。

從本質上講，這個耗資 3.5 億美元的激光復合體向一個微型膠囊發射 192 束激光。 膠囊包含兩種氫同位素，當受到能量轟擊時，它們幾乎立即蒸發。 聚變過程釋放出巨大的能量。

過去，激光輸入的能量遠遠超過聚變反應輸出的能量。 但在 5 月 XNUMX 日，研究人員嘗試了一些新東西。

他們使用的膠囊周圍的外殼比過去的實驗更厚，這意味著小缺陷對實驗的影響更小。 這種簡單且可複制性極強的改變讓不可思議的事情發生了。

NNSA 國防計劃副局長 Marvin Adams 博士在周二的新聞發布會上描述了這一過程。 他指出，該過程始於一個包含小膠囊的球形圓柱體，“大約是 BB 直徑的一半。”

“192 束激光從圓柱體的兩端射入，”他說，“擊中了內壁…… 來自牆壁的 X 射線照射在球形膠囊上。 太空艙中的聚變燃料被擠壓，聚變反應開始了。 這一切以前都發生過，發生過 100 次。 但上週，他們第一次設計了這個實驗，使聚變燃料保持足夠熱、足夠密、足夠圓，持續時間足夠長，足以點燃。 它產生的能量比激光沉積的還要多。 大約 2 兆焦耳輸入，大約 3 兆焦耳輸出。 增益 1.5。”

這一突破的重要性

1.5 的增益聽起來很小，但就能量而言，確實如此。 但重要的不是反應的大小——而是它發生了 在所有.

5 月 XNUMX 日的核聚變突破是一個世紀的研究、資金投入和失敗的結晶。 儘管從今天到商業可行性還有很多步驟，但如果沒有這一步，聚變作為一種能源只不過是科幻小說中的噱頭。 今天，這是一個現實。

大量聚變未來的長期潛力簡直是驚人的。 與煤炭和化石燃料不同，聚變反應不會產生二氧化碳排放或其他副產品。 由於它以宇宙中最豐富的元素氫為動力，因此它的生產潛力幾乎是無限的。

有了那麼多能源，我們不僅會減少我們的排放足跡——我們還可以扭轉它。

無限的電力將使各種技術更快、更便宜、更清潔地發展成為可能，從氣候變化解決方案到更好的筆記本電腦。

聚變能可以緩解能源停電，為水處理廠供電，並幫助我們發現更好的回收和處理垃圾的方法。

新技術可以從大氣中大規模吸收二氧化碳，減緩氣候變化並減少污染造成的人員傷亡。

電池技術可以進步，允許家庭、車輛等大規模採用清潔能源生產和儲存。

從長遠來看，聚變能可以消除人類的排放，創造一個更清潔、更綠色、更健康的星球——更不用說改善全人類的生活了。

如果這聽起來有點理想化，那你沒有錯。 但話又說回來，聚變能的前景在 50 年前是理想化的。 本月，科學家們證明聚變是可能的。 為什麼其他長期利益也不能實現呢？

這對投資者意味著什麼？

但在聚變未來成為現實之前，能源領域需要更多的研究和創新——大量的研究和創新。

時間和技術是關鍵

新聞發布會透露，為核能突破提供動力的激光陣列是基於 40 年前的技術。 現代激光器不僅更強大，而且效率更高——這意味著更大的聚變能量收益指日可待。

LLNL 主任 Kim Budil 博士謹慎地提醒記者和投資者，核聚變不是四個星期甚至四年之後的事情。 這個過程需要時間。

“存在非常大的障礙，不僅在科學方面，而且在技術方面，”她說。 “這是一次點燃一個膠囊，要實現商業聚變能，你必須做很多事情。 你必須能夠每分鐘產生很多很多的聚變點火事件，你必須有一個強大的驅動系統來實現這一點。”

然而，她也對聚變動力的未來觸手可及感到樂觀。

“[它]可能不到五年[距離]，這是我們過去常說的，”她補充道。 “我認為它正在走向前台。 經過幾十年的研究和投資……可以讓我們有能力建造發電廠。”

金融投資可以推動更快的商業化

LLNL 主要依靠公共撥款和資金使核能突破成為現實。 但美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆認為，要實現核聚變，需要進行私人和公共研究。

她在周二的新聞發布會上說：“我們知道私人投資界對此表現出了極大的興趣……我們對此表示鼓勵。” “這表明它可以做到，這一直是一個問題：你能做到嗎？”

“越過這個門檻允許 [科學家] 開始研究更好的激光器、更高效的激光器、更好的密封艙等，[這些是] 使其模塊化並達到商業規模所必需的東西。”

幸運的是，私營部門正在加入。 Kim Budil 指出，許多私營公司正在探索慣性聚變生產及其表親磁聚變。 （磁聚變使用託卡馬克裝置，這是一種甜甜圈形狀的裝置，使用強磁體將等離子體限制在特定形狀。）

Budil 認為，在磁聚變“有點領先”和本月的點火突破之間，擁有我們當前的技術“方法組合確實是一個很好的地方。”

她補充說，“這些社區將相互促進，我們將學習，我們將繼續推進該領域，除了通往聚變發電廠的道路之外，這兩個領域還將產生許多技術。”

利用核聚變突破

在新聞發布會上，Arata Prabhakar 與觀眾分享了一個思考時刻。

她說：“我也一直在思考從知道到做到的旅程有多長。” “因為自從我們發現它是聚變 [為恆星提供動力] 以來，已經過去了一個世紀。 在那個世紀，取得瞭如此多不同的進步，最終匯集在一起，以至於我們可以在實驗室中以這種可控的方式複制這種聚變活動。”

時間——即使是幾十年——是投資者熟悉的一個概念。 賺錢、投資和看到這些投資的結果都需要時間。

如果核聚變可以在商業上規模化，它代表著人類無限的能量——以及堅持不懈的投資者的巨大盈利潛力。

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正如 LLNL 主任 Kim Budil 週二所說，“聚變能源道路上的科學和技術挑戰令人望而生畏，但當我們處於最佳狀態時，看似不可能，卻可能成為可能。”

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