英國和加拿大已就一項聯合研究計劃達成一致，以解決核聚變行業面臨的最棘手問題之一——如何生產和加工氚，這是為未來核聚變工廠提供動力所需的極其稀有的氫同位素。

受到清潔、豐富的新能源承諾的吸引，各國政府已向法國南部的 ITER 原型聚變工廠投入了估計 200 億歐元，私人資本也流入了最近激增的私營聚變公司。

但大多數這些項目一旦啟動并運行，都將依賴氚，而氚的天然儲量并不豐富。

英國原子能管理局 (UKAEA) 聚變技術執行董事 Stephen Wheeler 表示，全球氚庫存量可能只有 25-30 公斤，價格在每克 30,000-40,000 美元之間。

“這是未來核聚變的一個挑戰，一座發電廠可能需要多達 10 公斤的重量來進行調試和啟動，”他說。

迫在眉睫的氚短缺問題促使英國原子能機構和加拿大核實驗室 (CNL) 本月同意建立新的合作伙伴關系，以磨練在聚變過程中產生、回收和純化氚的新方法，以便未來的工廠不會耗盡氚。聯合研發和人員交流已提上日程。

聚變工業希望通過開發“增殖毯”來解決氚短缺問題，這種“增殖毯”是一種鋰包裹物，當受到聚變反應產生的高能中子轟擊時會產生氚。

換句話說，一旦啟動并運行，聚變反應(與為太陽提供動力的過程相同)應該會產生自己的燃料。

CNL 氫和氚技術理事會負責人伊恩·卡斯蒂略 (Ian Castillo) 比較了啟動汽車電池所需的氚。“一旦過去了，原則上就過去了。”

未經證實的過程

這就是理論。實際上，“目前還沒有全尺寸毯子的演示，”惠勒承認。

卡斯蒂略說，這一過程的物理學原理已經得到證實。在生產氚以提高核武器威力的過程中，已經進行了規模小得多的培育。

但獲得平穩的培育和提取周期以持續為聚變反應提供動力將是一個更令人頭疼的問題。

"他說："更具挑戰性的是，你是否能夠以一種現在可以從毯子中提取氚、清除氚中的所有污染物、將氚回收并在適當的溫度和壓力下將氚放回反應堆的方式來培育氚?卡斯蒂略補充說，第一代核聚變電站要想做到這一點，可能會面臨陡峭的學習曲線。

UKAEA 目前正在開展兩個新項目來測試聚變過程的這一關鍵部分。鋰增殖氚創新 ( LIBRTI ) 計劃將測試增殖材料，而H3AT將模擬如何捕獲、純化氚并將其重新注入聚變反應。

氚管理過程非常復雜，H3AT 需要一座四層樓的綜合設施才能處理 100 克放射性同位素。惠勒表示，雖然日本、美國、加拿大和歐洲確實存在其他氚處理中心，但 H3AT 預計將成為世界上最大的。

關鍵商品

惠勒說，即使聚變工業能夠破解氚的增殖和回收問題，它“仍將是一種非常有價值的商品”。這是因為，即使成功的氚增殖過程也可能只會產生少量的剩余物質，從而使聚變工廠只能依賴其他來源來啟動。

這就是加拿大的優勢之處。目前，世界上氚的主要來源是一種特殊類型的裂變工廠，即加拿大氘鈾(Candu)反應堆。

出于巧合而不是設計，這些反應堆特別適合收集氚作為副產品。

盡管加拿大在羅馬尼亞、韓國、中國、印度、巴基斯坦和阿根廷建造了少量此類反應堆，但其中大部分反應堆都在加拿大境內，而且最重要的是，加拿大在提取和處理廢氚方面處于世界領先地位。

羅馬尼亞最近才簽署了一份價值2 億美元的合同，為其自己的坎杜工廠建造一座氚提取設施，這也是歐洲第一座工廠。

“這就是協同效應真正發揮得淋漓盡致的地方，”英國合作伙伴關系的卡斯蒂略說。“對我們來說，過去 70 年來，研究氫同位素一直是我們的生計。”

如果核聚變成功，這可能會使加拿大成為世界領先的燃料供應國，從而處于獨特的強大地位。

由于人們對能源安全存在更廣泛的擔憂，加拿大政府還承諾翻新許多坎杜反應堆，使它們能夠繼續運行到 2070 年代，并有望避免令人擔憂的氚供應緊縮。“這是一個游戲規則的改變者，”卡斯蒂略說。“氚生產能力仍將保留。”

惠勒說，除了這些現有的加拿大反應堆之外，甚至還可以專門建造新的裂變工廠來生產更多的氚。“這是一個未來的商業機會。”

CNL 在全球范圍內分發這種氚，但僅用于和平目的。

融合硅谷

在可能引起歐盟關注的評論中，卡斯蒂略表示，加拿大選擇與英國合作，因為它是“融合硅谷……產生融合生態系統，引進公司并培養員工”。

直到最近，英國的私營核聚變初創企業數量仍超過任何歐盟國家，盡管去年德國迎頭趕上。美國仍然輕松領先。

卡斯蒂略還指出，UKAEA 是運營托卡馬克聚變反應堆的“唯一可信組織”，該反應堆是牛津附近長期歐洲聯合環面 (JET) 項目的一部分。JET 的研究人員(包括來自歐盟的研究人員)本月早些時候聲稱，他們在最近的實驗中打破了新的能源記錄。

與此同時，ITER 目前預計要到 2025 年才能產生第一個等離子體反應，而且由于大流行和施工相關的延誤，即使這個最后期限也可能會推遲。英國去年選擇退出 ITER 的正式成員資格，轉而投資本國的聚變工業。

卡斯蒂略強調，與 UKAEA 和 ITER 的合作并不“相互排斥”。但加拿大只是ITER的準成員，而不是正式成員。“從某種程度上來說，加拿大在這場聚會上來得有點晚。所以我認為我們還沒有到做出任何進一步承諾的階段，”他說。

對于 CNL 來說，英國成為有吸引力的合作伙伴的第三個因素是其監管環境。它最近批準了一項立法，使核聚變不受圍繞現有裂變工廠的更嚴格的安全規則的約束。

英國還宣布與美國建立聚變研發合作伙伴關系，并表示將與華盛頓合作，標準化該技術的全球監管。

卡斯蒂略說：“我認為這對加拿大加入這一領先地位將非常有利。”

盡管如此，氚能否成為無價燃料，使加拿大成為全球能源王者，取決于核聚變是否以及何時作為一項技術發揮作用。許多懷疑論者對私營部門在 2035 年之前將聚變發電并入電網的雄心勃勃的時間表表示懷疑。

卡斯蒂略的估計有些長：他認為融合電網發電將在 10-20 年內成為現實。“我想我會看到[這一切發生]，”他說。