创科广场｜欧洲进军激光核聚变技术 落后中美 盼可后发先至

核聚变出现多项技术突破；去年底，中国安徽省合肥市中科院合肥物质科学研究院有「人造太阳」之称的全超导托卡马克（Tokamak）核聚变实验装置（EAST），实现长达1056秒长脉冲高参数等离子体运行，达成最长放电纪录。

聚变出现多项技术突破；去年底，中国安徽省合肥市中科院合肥物质科学研究院有「人造太阳」之称的全超导托卡马克（Tokamak）核聚变实验装置（EAST），实现长达1056秒长脉冲高参数等离子体运行，达成最长放电纪录。

上星期，欧洲多家工业集团投人核聚变；德国西门子能源、法国Thales、德国Trumpf工程集团等，与慕尼黑能源初创Marvel Fusion，合作开发激光核聚变，后者亦获Earlybird基金领投3,500万欧罗的A轮融资。

去年，开发核聚变除了美国和中国以外，韩国亦密锣紧鼓；欧洲亦加人核聚变工业。全球致力碳中和，加上地缘政治紧张，能源被视为国家安全，核电又有安全隐忧，人类发现了核聚变不少优点，成为未来清洁能源最大寄望，顿时炙手可热。

核聚变原料储量极其丰富；几乎是取之不竭，燃料是存于海水之中的氘和氚。氘和氚反应生成物是氦气，既没遗害深远的核废料；亦对环境无害。

而且一旦等离子体熄灭，聚变的反应自动终止，不再有连锁反应，不会爆发类似日本福岛的灾难；而且足球场般大小的核聚变电站，已足供电给伦敦规模的城市。

实现核聚变反应困难重重

太阳的内部无时无刻不在发生核聚变，自古大自然和人类能量来源都是核聚变。有关核聚变的研究，始于上世纪的50年代，延绵超过半世纪；氢弹就是核聚变原理产生；不过可控制的核聚变，始终可望不可即。

最大困难在于实现核聚变反应，温度要先达摄氏1亿度以上，核聚变燃料完全电离，保证等离子体密度前提下，将高温等离子体维持在相对足够长时间以作发电，维持极高温离子体作期运行；中国采用「磁约束」（Magnetic confinement ）技术。EAST就是先注入氢原子，再以各种方法加热，原子而产出等离子体，离子体引发核聚变反应，再用超导磁体加以压缩维持。

国际间亦有合作核聚变的研究计画，正于法国建造的「国际热核聚变实验反应堆」（International Thermonuclear Experimental Reactor）亦以磁约束的原理；中国是上述技术路綫领先者，现时正在构建真正的发电设施。

不过，磁约束只是其中一种技术。去年美国首次以激光核聚变；释可出超量的能量；证明了激光也是核聚变产生能源的方法；激光核聚变（Laser nuclear fusion）是以高功率激光作为驱动器的惯性约束的核聚变。

全球最大激光雷射器「美国国家点火设施」（National Ignition Facility，NIF），一次核聚变实验导引192束高能量激光，射向一小粒含有氢同位素氘和氚的氢燃料球，加热至摄氏1亿度引发了核聚变，产生1.3百万焦耳（1.3 megajoules）能量。

上述成果令德国初创Marvel Fusion相信，数年内激光核聚变可达商用化；Marvel Fusion理论模型刚刚才透过电脑的模拟运算，去年一步步展开实验活动加以验证。激光核聚变成果，实际上是脱胎自 2018年获诺贝尔奖的加拿大和法国科学家Donna Strickland及Gérard Mourou；两人所发明了「啁啾脉冲放大」（Chirped pulse amplification，CPA）技术，结果成为超高峰值功率超短脉冲激光技术的里程碑，推动了超强超短激光研究，激光可以瞬间强度10的n次方倍增大，成为高强度激光的工业标准；CPA广泛应用在能源要求极高工作，包括了产生核聚变。

磁约束仍为主流

CPA也解决了以往激光器超出极限光强度范围以外，对激光器元件产生有害非綫性效应，影响光束质量，甚至损坏元件。CPA技术可利用传统的激光放大器，同时不导致非綫性光学效应而破坏放大器。

不过，迄今磁约束技术仍是主流，去年就吸引逾23亿美元投资。去年美国的Helion能源公司从Peter Thiel及OpenAI行政总裁Sam Altman等融资了5亿美元，首座设施正在动工；另一家Commonwealth Fusion Systems则获老虎环球管理基金和微软创办人Bill Gates注资，集资达20亿美元，成为迄今核聚变最大私募投资。

从上述发展可见，磁约束技术仍较成熟，欧洲要弯道超车，真是谈何容易。德国科学家相信，凭欧洲的领先激光技术；仍可急起直追，有望在核聚变突破，加上明年德国即将关闭馀下仅有的3座核电设施，德国又靠俄罗斯供应能源，乌克兰局势紧张；寻求替代能源；重新掌握能源主导权，已是刻不容缓。

问题在于激光核聚变，仍处于探索阶段；甚至纸上谈兵；参与的3家公司都是欧洲工业巨擘，兴建激光核聚变，动辄涉及数以十亿欧罗投资，美国NIF造价就高达35亿美元；Marvel Fusion须多次筹集资金，甚至公帑才够资金兴建设备原型；欧洲的激光研究无疑有一流的人才；但应付核聚变庞大开销；可能才是最大挑战。