1克氚要3万美元，全球核聚变反应堆将遭遇断氚之殇？
2020年，加拿大核实验室向位于英国的大型核聚变反应堆“欧洲联合环流器”（Joint European Torus ，JET）交付了5个钢桶，桶内铺着软木以吸收冲击。每个桶里都有一个可乐罐大小的钢瓶，瓶里装着一缕氢气——只有10克，重量相当于几张纸。
这不是普通的氢，而是氢稀有的放射性同位素氚，氚的原子核由两个中子和一个质子构成。1克氚的价格为3万美元，几乎和钻石一样昂贵，但对于核聚变支持者来说，它物有所值。氚在高温下与其同位素兄弟氘结合，便可以像太阳一样燃烧。只要人们能找到激发核聚变的有效方法，这种反应便能提供无尽的清洁能源。
2021年，来自加拿大的氚为JET的一项实验提供了燃料，这项实验证明了人类的核聚变反应正在接近一个重要的临界值：聚变反应堆产生的能量超过为反应所投入的能量。通常，人们用Q值（能量输出输入之比）来表示，只有Q值大于1，聚变反应装置才能用于发电。JET已经达到了约0.67。
这一成果也为国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）在未来十年内实现Q值1的突破提供了保证，ITER是一个正在法国建设、类似于JET的聚变反应堆，体积是JET的两倍。
不过，《科学》（www.science.com）网站近日的一篇文章分析表示，这一胜利可能会得不偿失。因为到那时，ITER将消耗掉人类目前掌握的大部分氚，留给后续聚变反应堆的氚将极少。ITER初期的实验将使用氢和氘，不产生净能量。然而，一旦它开始产生净能量的氘-氚燃烧，反应堆每年将消耗多达1公斤的氚。
核聚变支持者们一向宣称，聚变反应堆燃料廉价且充裕。对于氘来说，这无可否认：海洋中，大约每5000个氢原子中就有一个是氘，它的售价约为每克13美元。但氚的半衰期为12.3年，天然氚是宇宙射线轰击的产物，只在地球高层大气中微量存在。链式核反应堆也能产生少量的氚，但很少被收集。
大多数聚变研究者对此不屑一顾，认为未来的核聚变反应堆可以生产出需要的氚。如果反应堆内壁衬有金属锂，聚变反应中释放的高能中子可以将锂分裂成氦和氚，而锂资源在地球上相对充足。
但问题是，为了增殖氚，人们需要有一个正常工作的聚变反应堆，而第一代核聚变发电站很有可能都没有足够的氚来启动。目前，全球范围内氚的唯一商业来源是19座加拿大氘铀核反应堆（CANDU，又称坎杜反应堆，是一种加压重水反应堆设计），每个反应堆每年产生约0.5公斤氚，但这些核反应堆中的一半将在十年内退役。根据ITER 2018年的推测，可用氚的库存将在十年内达到峰值，之后会随着氚的出售和衰变而稳步下降。目前全球氚的存量约为25公斤。
图一：氚的供应量趋势
雪上加霜的是，一些人认为氚增殖可能无法真正实现。氚增殖从未在聚变反应堆中测试过，而在最近的一次模拟中，加州大学洛杉矶分校的核工程师穆罕默德·阿卜杜（Mohamed Abdou）和他的同事们发现，在最好的情况下，一个能产生净能量的聚变反应堆产生的氚只比其自身燃料所需的氚略多。氚泄漏或反应堆较长时间的停运维护将蚕食掉这一微小的红利。
氚的稀缺并不是聚变反应堆面临的唯一挑战，运营者还必须学会处理等离子体的湍流暴发和中子损伤等问题。但在普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）前工作人员、等离子体物理学家丹尼尔·贾斯比（Daniel Jassby）看来，氚紧缺的问题迫在眉睫。“这对整个核聚变事业来说，可能会是致命的一击。”贾斯比对《科学》表示。
氚的唯一商业来源——CANDU反应堆面临退役
如果没有CANDU反应堆，氘-氚聚变将是一个无法实现的梦想。“对于全球核聚变反应堆而言，最幸运的是可以利用CANDU反应堆产生的副产品氚。”阿卜杜说。
许多核反应堆使用普通水来冷却堆芯，缓和链式反应，减慢中子的速度，使它们更容易引发裂变。但CANDU反应堆使用重水，其中以氘代替氢，因为它吸收的中子较少，能够留下更多的中子用于裂变。但偶尔，氘原子核会捕获一个中子，转化为氚。
如果重水中积聚过多的氚，则可能会发生辐射危害，因此运营商经常将重水送到加拿大安大略发电公司（OPG）进行“降解”。安大略发电公司会过滤掉氚并将其出售，每年的售量约为100克，这些氚主要用作一种医用放射性同位素，或者用于夜光手表表盘和应急标志。
