【薛偉傑專欄】核聚變投資如雨後春筍 美初創稱兩年後首次產生淨能量

最近，美國初創企業Helion Energy就聲稱，可以在2024年首次實現可控核聚變反應的輸出能量超過輸入能量，「10年後更肯定會有商業電力用於出售」。

不過，筆者傾向認為，該公司太過樂觀，低估了當中的技術困難和所需的投資額。

Helion Energy在去年11月初就完成了5億美元的E輪融資。這筆資金將用來完成該公司正在建設的第7個研究裝置「北極星」（Polaris）。Mithril Capital承諾，若「北極星」能夠按照預期工作，將會再向該公司投資17億美元。

Helion Energy已融資5億美元 未來有機會再獲17億美元

若將已到手的5億美元，加上有條件的未來投資17億美元，一共有22億美元。對於一般行業來說，這已經非常可觀。只不過，對於研究可控核聚變發電來說，這還屬於杯水車薪。

以正在法國南部Cadarache建造的全世界最大實驗性核聚變反應堆「國際熱核聚變實驗反應堆」（ITER）為例，其研究及建造經費就多次超支，完工日期亦不斷延遲。

最初預計只需大約50億歐元。但由於建築材料價格上漲和多次修改設計，不斷出現超支和進度延誤。到2010年7月底，歐盟、美國、俄羅斯、中國大陸、日本、韓國、印度等7個創始成員已同意，將建造預算大幅增加至160億歐元，即是差不多210億美元。

相對ITER投資額 還只算「零頭」

現時預計，ITER要到2025年才開始進行等離子體實驗，要到2035年才開始進行全氘─氚核聚變實驗。

根據設計，ITER進行核聚變反應產生的能量，要達到輸入來維持其核聚變反應所需的能量的10倍以上，即是能量增益因子Q值要超過10。

根據設計目標，ITER的環形加速器將可以產生溫度超過攝氏10億度的氘和氚等離子體，繼而發生功率大約為500MW（5億瓦）的可控核聚變反應，每次維持大約500秒。

相比之下，現時「歐洲聯合環狀反應堆」（JET）的可控核聚變反應只能維持4至5秒。而JET的Q值最高也只達到0.67。

但是，ITER仍然只是作為一部示範裝置，它產生的熱量仍然不會用來發電。一般相信，總結ITER經驗的商業性核聚變發電廠，要到2040年初甚或2050年代初才出現。這也是絕大多數專家認為，商業性核聚變發電要20至30年後才可以實現的原因。

Helion研「氘─氦3」核聚變 聲稱可「彎道超車」

Helion Energy聲稱，該公司採用的核聚變技術方案，有別於現時絕大多數國家及私營機構的方案。

例如，絕大多數機構研發的可控核聚變反應裝置都是「托卡馬克」（Tokamak），一種採用「磁約束」技術來實現可控核聚變的環形裝置，因為相關經驗最多，技術亦最成熟。其基本結構都是遵從1950年代初前蘇聯專家的設計，只是使用了超導材料來產生強磁場，以減低消耗的電力，希望令裝置能夠輸出淨能量。

而該公司採取的技術路線則是「磁慣性約束」，通加「磁場反向配置」（FRC）來實現，其優點是體積比「托卡馬克」小一截，可以節省建造成本。

另外，現時絕大多數機構都是研發「氘─氚」（D-T）核聚變反應，包括多國合作的ITER。但該公司則是研發「氘─氦3」（D-3He）核聚變反應。

無疑，一般同意，「氘─氚」（D-T）核聚變反應只屬於第一代的核聚變反應，因為會產生很多較難處理的帶能量中子。而「氘─氦3」（D-3He）核聚變反應則屬於較「清潔」的第二代核聚變反應，中子數量大幅減少，輸出能量亦遠高於第一代核聚變反應。

但是，其點火溫度亦是「氘─氚」核聚變的10倍。Helion Energy作為一家私營企業，如何以更短時間和更低投資額，去實現難度更高、更不成熟的技術方案，是一大疑問。

或許，Helion Energy的自信不但來自本身，部分也來自其同行。例如，General Fusion就計劃，在2025年就啟動和運行其示範性質的核聚變發電廠。

而早在1998年成立、目前規模最大的核聚變研究企業TAE Technologies亦希望，在2030年為電網提供由核聚變產生的電力。

Commonwealth Fusion Systems也聲稱，它的示範性可控核聚變發電裝置SPARC在2025年就可以建成及產生淨能量，它的第一間商業化核聚變發電廠ARC則預計在2030年代初建成。

First Light Fusion亦計劃，要在2040年代建成多座核聚變發電廠，其中第一座在2030年代就要完成。至於在此之前的技術難題，則要在2020年代完全攻克。

如此誇張和一致的時間表，即使大家深知這是和財資界合演的說辭，心裡或許也會有一絲動搖。

薛偉傑