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聚变能源 - 从炒作到现实

一年一度的国际光日可以追溯到1960年世界上第一次成功使用激光的时候。今天,激光系统可以对未来的一个重要能源:核聚变起到关键作用。它被称为激光核聚变,在2022年12月取得了突破性进展:在美国国家点火设施(NIF)的一次实验中,首次有可能产生比注入的核聚变燃料更多的核聚变能量,这部分归功于贺利氏 Conamic公司的熔融石英光学器件。这个收支平衡点对科学意味着什么,接下来会发生什么?

能量如何从核聚变中挤出的示意图

 核聚变 的意义不亚于将恒星上几乎取之不尽的能量带到地球上。大约100年来,科学家们一直致力于在地球上复制这种太阳的能源生成过程。毕竟,太阳之所以闪闪发光,是因为其核心的持续核聚变。劳伦斯-利弗莫尔国家实验室(LLNL)设施NIF的实验使得参与其中的人的脸上有了光彩。激光聚变的突破发生在2022年12月5日。另外,目前世界各地都在研究一个具有相同目标的替代技术概念,即  磁聚变 

第一个难关已经被清除了

在NIF进行的实验为利用核聚变产生能源的道路上清除了第一个重要障碍。但必须在正确的背景下理解它: 来自世界上最强大的激光器的光脉冲成功地点燃了核聚变并产生了3.15兆焦耳的能量--一个新的记录。激光输入的能量 "只有 "2.05兆焦耳用于点火。从本质上讲,核聚变产生的能量比投入实验的能量要多。但是为了在这个关键时刻提供2.05兆焦耳的能量输入,必须从电网中提取  300兆焦耳 的电能来操作激光系统。因此,激光器的效率略低于0.7%,仍然是一个比较小的数值。

尽管该实验室的成就是科学界的重要一步,但在成为可用的商业能源之前,激光核聚变还有很长的路要走。然而,方向是正确的:主要目标是壁挂式效率(整体系统效率)超过1 --- 从而实现净能源增益。只有这样,这种绿色能源的生产方法才能为商业市场做好准备。目前,需要微调的大量相互依赖的参数使这一目标成为一项挑战。

不断增长的初创企业市场

同时,在全世界范围内已经建立了一个致力于聚变能源商业化目标的初创公司。研究中的每一个成功都有助于更多的企业家加入这个机会。投资者对新成立的新公司越来越感兴趣,如Focused Energy、Marvel Fusin、Zap Energy和HB11。其中一些公司已经在其早期融资中筹集了数亿欧元。详细的实验正在进行中,第一批部分原型将在未来5到7年内建造,但对于完整的原型反应堆来说,需要更多的时间。

贺利氏活跃在世界各地

"在投入更多资金之前,技术必须发挥作用,供应链必须建立起来,"贺利氏Conamic公司全球光学销售主管弗兰克-纽伯格博士解释说,"这就是为什么许多这些新成立的公司开始与业界合作,例如与激光和玻璃生产商以及像我们这样的熔融石英专家合作。"

贺利氏已经为世界各地的核聚变研究机构提供用于激光光学的熔融石英,并密切参与围绕聚变能源发展的技术进步。在德国,该公司与设在达姆施塔特的新创公司Focused Energy等合作,其目标是在2040年前建成并运行第一个基于激光的商业核聚变电站。科学家们对该技术的商业成功的预测在10到50年之间。

但有一点是明确的:激光核聚变本身不会解决世界上所有的能源问题。它可以成为能源组合中的一个关键部分,与太阳能、风能和水力发电等可再生资源并驾齐驱。贺利氏积极支持进一步的发展,正如纽伦堡所说:"我们与新成立的公司保持着频繁的联系 - 无论是需求讨论、原型协调还是共同制定交付时间表。"

Frank Nürnberg博士与贺利氏光学的光学器件合影
Frank Nürnberg博士与贺利氏Conamic公司的光学元件合影,该光学元件用于核聚变能源发电的研究。