2019-04-02 00:57:25 佚名

蒲公英的约定数

答：可控核聚变，需要把聚变材料束缚在装置内，使之达到上亿度的温度，然后发生聚变反应释放能量，并且实现稳定输出。

目前实现可控核聚变的方式有两种，一是超强激光束进行能量聚焦，二是托卡马克装置。

激光方面美国的技术最先进，但还是远远达不到商用可控核聚变的程度，该技术需要使用尽可能多的激光束，把能量聚焦到一个点上，每个方位的能量输入不能有偏差，这点难度就非常高，而且强激光对光学设备的要求极高。

而托卡马克装置，在技术上稳步进展，国际上已经能实现输出能量大于输入能量的水平，我国的“人造太阳”也达到了较高的水平。

但是托卡马克装置还存在很多技术瓶颈，距离商用还有很长的距离，比如以下两个难点：

第一壁

可控核聚变主要用到氘核与氚核聚变，反应方程式为：

3H+2H→4He+n，ΔE=14.6MeV;

原子在高温下将成为等离子态，利用磁场可以把原子核与电子分离出来，等离子电浆在托卡马克装置中被束缚；但是反应产物中子不带电，高能中子会频繁撞击内壁，造成内壁物质不可逆转的改变。

虽然等离子体被磁场束缚，但是内壁温度还高达1000℃，在等离子体解体时，内部温度高达3000℃；如果没有应对这种极端条件的材料，频繁更换内壁将是很麻烦的事。

超导材料

托卡马克装置的关键，就是需要利用超导体来制造强磁场，磁场越强束缚高温等离子体的能力越强，目前的超导材料需要在130K温度附近实现。

一边上亿度的超高温等离子体，一边需要保持零下100多摄氏度的超导体，如何把两个系统长时间放到一起稳定运行是一大难点，而且核聚变的中子无法100%隔离，高能中子还会损害超导线圈。

目前期望的解决途径，就是常温超导体，利用常温超导体能大大降低超导系统的复杂程度，但是常温超导体的研制，还没有突破性进展。

除了以上两点，氚元素的来源、磁束缚时间、能量控制、产物导流等问题都有待攻克。

好啦！我的内容就到这里，喜欢我们文章的读者朋友，记得点击关注我们——艾伯史密斯！

艾伯史密斯

核聚变是两个较轻的原子核聚合成为一个较重的原子核的过程，这个过程中会伴随着释放出巨大的能量，这种典型的反应，在太阳上已经进行了50亿年。

自然界中最容易实现的核聚变反应就是氢的同位素——氘和氚的聚变，这也是太阳上面进行的核聚变的原理。一直以来，人类都渴望掌握可控核聚变技术，因为核聚变相对于核裂变来说，不仅产能效率更高，而且更加清洁，核聚变是真正的清洁能源。可控核聚变也被称之为人造太阳，因为太阳发光发热的原理就是核聚变。

人类最早认识到核聚变的巨大潜力是从氢弹爆炸开始的，传统的原子弹，TNT当量最多几百万吨，但是氢弹就不同了，理论上可以无限。氢弹被发明的时候，有科学家就想能不能制造一个装置，让氢弹爆炸能够缓慢进行，然后能够持续稳定输出能量，这一设想，实在是很美好的，但是实施起来的难度却很大。

既然说到了可控，那么就必须想一种方法让能量稳定输出，让反应缓慢稳定进行才行。但是说起来容易做起来难，真正想要让能量稳定输出，是非常困难的事。首先一点就是反应的条件，要知道氢弹爆炸和原子弹爆炸不一样，原子弹爆炸可以直接用普通炸药引爆，但是如果是用普通炸药的话，无法满足氢弹爆炸的条件，所以氢弹是用原子弹引爆的，而原子弹则是用普通炸药引爆，可见氢弹的反应条件比原子弹要苛刻得多。。

一般来说，核聚变反应发生的温度在上亿摄氏度，所以这样一来怎么加热就是第一个要解决的问题。上个世纪前苏联的专家就想到了用激光加热核物质的方法，但是往往一个激光不足以满足热量供应，所以都是用多个激光对着一点加热，但是与此同时另外一个难点摆在了面前，那就是必须保证各个方向受到的热辐射都是一样的，这也是一个不小的挑战。

加热的方法有了，又来了一个难题，那就是这么热的东西，该用什么东西盛放才行呢？实际上地球上没有任何物质能够承受如此高的温度，所以科学家们就想出了一个用磁场约束等离子体的方法，就是让高温等离子体不与容器直接接触，这样实现的是一种变相约束。这些问题都解决了，但是还不够，因为如果不能稳定持续运行的话，前面做得再好也没有用，目前看来，能够稳定运行一两分钟并且持续输出能量已经是很不错了。

之所以会这样，那是因为一旦温度过高的话，电子就会从原子中脱离出来，物质的第四态就会明显，也就是常说的等离子体。问题就出在等离子体身上，问题在于虽然我们都知道约束等离子体的各种基本方程，但是实际上等离子体的各种行为往往是不了捉摸的，我们所做的只能是近似计算而已，所以可能是我们这个时代的数学工具约束了我们。目前看来，可控核聚变的实现还在很久以后，不过相信人类一定可以解决这一难题的。

镜像宇宙

人类和平利用原子能已经半个多世纪了，但是一直局限在可控核裂变阶段，更加强大且安全的可控核聚变技术迟迟没有突破

宇宙中的恒星就是天然的可控核聚变反应堆，它们都是用自身巨大的质量让内核变成高温高压环境，进而让氢元素发生核聚变反应，我们的太阳内核达到了1500万摄氏度，压强是地球的2000亿倍。

可控核聚变所需的氘在地球的海洋中就能提取出来，总量为40万亿吨的氘如果全部用来可控核聚变，那么产生的能量足够人类“挥霍”上百亿年，可以从根本上解决能源危机和环境污染问题，因此世界各国对可控核聚变的研究一直都十分重视，但现在也只能将可控核聚变反应维持几百秒。

我国的可控核聚变研究是走在世界前列的，按照目前的进度来看2050年左右就能实现大的突破，本世纪末期就有可能实现商业化应用，但在此之前我们还是要说一下可控核聚变技术遇到的难处。

目前的技术难点主要是如何长时间保持上亿度的超高温，因为我们在地球上无法制造出2000亿个大气压的极端环境，因此在地球上实现可控核聚变需要的温度要比太阳核心的1500万度高的多。

可控核聚变形成了上亿度的等离子体，现在我们用磁约束来“屏蔽”它，但维持可控核聚变的托卡马克装置外壁仍然要忍耐2000℃到3000℃的高温，如果没有耐高温的新材料被研发出来，可控核聚变就只能停留在小规模实验阶段。

宇宙探索未解之迷

从根本上而言，可控核聚变的困难在于克服原子核之间的静电排斥力。

为了解释这个论点，我们需要明白核聚变与核裂变之间的区别。就基本原理而言，核聚变跟核裂变都是核反应，由于核反应前后的质量不同（核反应后的质量低于核反应前的），就会放出大量的能量，放出的能量等于核反应前后的质量差（称为质量亏损）乘以光速的平方。这是狭义相对论告诉我们的。但是，为什么核裂变在常温常压下就可以发生，核聚变却需要高温高压呢？

原因在于，核裂变是一个原子核内部的反应。比如说一个核裂变反应要放出一个中子，那么这个中子需要翻越原子核内部的一个势垒，好比不断地在尝试“越狱”。如果翻过去了，这个中子就释放出来了。如果没翻过去，那么这个中子这次越狱的尝试就没有成功，还在原子核里面关着。在一个给定的时刻，中子越狱成功的几率是一个定值。这里的关键在于，温度和压强都跟原子核内部的状态没有关系。因此如果核裂变能发生，那么它在常温常压下就能发生。如果不能发生，那么你把温度、压强加到再高也没用。因此，核裂变的反应堆并不需要高温高压，只要堆积足够多的核燃料，就会自发地发生链式反应，就可以发电了。

在另外一边，核聚变却不是一个原子核能够完成的反应，而是至少要有两个原子核聚合，形成新的更大的原子核。原子核是由质子和中子构成的，中子不带电，质子带正电，因此原子核之间都有静电的排斥力。两个原子核离得越近，排斥力越大。因此，在普通的状态下，核聚变根本不会发生。虽然我们知道两个D核（重氢）可以聚变成He核（即阿尔法粒子），但平时我们并不会看到重水自发地变成氦。

为了让原子核有机会克服巨大的静电排斥力，碰撞到一起，就需要让原子核运动得足够快，这就是高温。或者让它们只在非常狭小的空间里运动，这就是高压。

在越小的空间里运动得越剧烈，两个原子核克服静电排斥达到聚变距离的可能性就越大。好比原子核是一群宅男宅女，宅在家里是没有前途的，要找到对象就必须出去跟人接触，相亲的诚意越高、次数越多，才越有机会脱单。

高温和高压的效果在一定程度上可以互换。在太阳中心，由于压强高达2000亿个大气压，所以“只需要”1500万度的“低温”就可以把氢聚合成氦。但在地球上，由于压强达不到那么高，所以得把温度提高到上亿度才行。

太阳

袁岚峰

10克核聚变燃料就能满足人类一整年的能源需求，而核燃料氕氘在大海里多的是，上百亿上千亿吨。你没看错，只需要10克，通过核聚变就可以满足全人类一年所有的能源需要。核聚变不难，难得是可控！

前端时间，一则不起眼的新闻引发了世界的轰动，美国欧洲都纷纷表示极大的关注：

近日，中国科学院等离子研究所宣布，我国的超导托卡马克装置"东方超环（EAST）"在全球首次实现了百秒以上的稳态高约束运行模式（相当于稳定"燃烧"了上百秒）。这是一件足以写入人类历史的事情，"东方超环"今天的成就，标志着人类向掌握可控核聚变能的目标又迈进了一大步。

只持续了上百秒，就轰动了全世界，是不是有点夸张。这一点不夸张，我们取之不尽用之不竭太阳，就是通过核聚变给我们提供能量：

核聚变产生得条件：把氕氘氚加热到等离子态就可以了——就是把原子给热到电子质子全部分离。这温度也不高——上亿度！

就问你一个问题：1亿摄氏度的东西，你用什么装？记住，这可不是造氢弹，你只管炸，不管收放自如。

太阳内部在2000亿个大气压下，只需要1500万摄氏度就可以实现核聚变，但是在正常大气压下要达到上亿摄氏度才可以引发核聚变了！

可控核聚变的难度在于如何开启和停止核聚变；核聚变的反应条件之一就是——瞬间达到上亿摄氏度的温度触发核聚变。

氢弹是用核弹引爆的，也就是说氢弹里面有一颗小核弹，核弹先爆炸产生的热量引发核聚变使得氢弹爆炸。那么问题来了：

1、可控核聚变用什么来引燃核聚变，你不可能用核弹吧！那就不可控了！

2、用什么来装载这么高温度的核聚变反应原料，地球上任何一种材料也扛不住上亿摄氏度的高温。

第一个聪明的人类发明了激光，用激光加热反应原料，触发核聚变，虽然目前技术难度还很大，但是已经逐渐攻克了。

第二个，聪明的人类发明了一个超导托卡马克装置，用电磁力把上亿度的高速离子变成环形运动的离子束，用洛伦兹力约束，从而达到存储的效果。

但是两者结合在一起就尴尬了，如何引燃高速离子，加热的时候需要静止，控制需要高速。一旦引燃如何让它转起来是个大问题。

为何全球都在投入研究核聚变：

第一，无限能源。根据爱因斯坦相对论：E=mc^2，E为能量，m为转化为能量的质量，C为光速，常数值为3亿米/秒，平方后得出来能量是天量。核聚变产生的能量巨大，不是其他任何能源能够比拟的，例如10克氘足够全人类一整年的能源需求。当今全球的第一大能源是——石油，石油号称工业的血液。没了石油（能源）所有的钢铁机械都是废铁。为了争夺能源，美国直接不要脸的在中东打各个小国家，其目的就是为了争夺石油定价权。我们国家的石油航路被美国深深的威胁，在90年代经常被美国敲诈威胁。而且经常被迫买高价石油。

对于能源稀缺的国家，照明都是一大问题。电能依赖水能、风能、太阳能，但是主要力量还是依靠化石能源（煤炭、石油）等。我国也是大力建设水电站、核电站后，才解决了电荒问题，否则城市的路灯不会亮、你家里的电器也会被拉闸限电而无法使用。

石油美元对全球的吸血，因为石油用美元结算。这是美元作为全球货币的基础，美国经常通过抬高油价、滥发美元进行吸血；比如你给美国100亿美元的商品，拿了100亿美元，当时油价50快1桶，美国通过操纵石油价格，变成100块1桶，你就不明不白的少1亿桶石油，美国通过滥发美元变相吸走了你手里50亿美元价值的东西。

如果有了可控核聚变，能源将不再受制于外部，拥有无限能源后将会摆脱石油的约束，进而摆脱石油美元，避免了石油美元对我们的吸血。

第二，清洁能源。不同于裂变会产生放射性核废料，核聚变无辐射废料产生。氢得同位素氕氘氚（不懂得要回初中好好学学化学了），氕氘在聚合的过程种产生一个氦原子，同时损失一个中子的质量转化为纯能。

核聚变可谓是纯天然，绿色无污染，没有污染的废料产生，没有放射性危害。

氚

这个要说一说，这玩意很贵，因为地球上存量很少很少。但是是一个有价无市的东西，一克氚的价格是30万美元。氚的半衰期为12~26年，在核聚变过程中可以在重水反应堆种获得，美国弄了这么多年，终于弄了60斤（30kg）。

但是，人们发现了一个便宜的方法——用锂的同位素，锂6和锂7，在一个中子的轰击下，会分裂为一个氚和一个氦。

看似人畜无害的氢，一旦在核聚变种运用，产生出的能量将是天量计算，一旦有了可控核聚变，人类可以大规模建立太空城，殖民火星等等。关键是——我们能不能掌握开启和结束的开关。

嘟嘟读读

我来通俗地介绍一下可控核聚变技术吧：

一、先说什么是核裂变：根据爱因斯坦的质能方程，质量和能量可以相互转化，因此要获得大量的能量，就只需要让一部分质量消失就OK了，而质量消失有两种常用途径，一种就是使用加速器把一个中子加速到很高的速度，然后让这个中子去把另一个原子核撞碎，这时你会发现，碎掉的这些原子核加起来的总质量，少于原来的那个完整的原子核，在原子核碎掉的同时，消失的这些质量变成了大量的能量，人们把这种物理反应称之为核裂变，核裂变也就是原子弹和现在核电站的主要反应原理。

二、再说什么是核聚变：人们觉得核裂变还不过瘾，因此又通过把两个原子核都加速到很高的速度，然后让它们撞到一起，这时你会发现，这两个原子核都没有碎，而是抱在了一起，成为了一个新的原子核，但是同样的情况发生了，更多的质量消失，同时也产生出了更多的能量，人们把这种反应称之为核聚变，也就是氢弹的主要反应原理。

三、可控核聚变难在哪里：要让两个原子核撞成一块，这需要十分苛刻的条件，比如氢弹的核聚变反应，就是通过引爆原子弹所产生的高温高压条件来达到的，不过这个反应的时间很短，不容易控制反应的有序进行，因此除了带来毁灭外，暂时还不能为人们提供更多的服务，而要达到可控核聚变，就必须同时达到以下三个条件：一是长期维持上亿度的高温反应条件，二是需要较高的密度（参与反应的原子核数量要尽量多），第三个条件是反应的持续时间要很长（也就是自持地反应下去），这三个条件也被称为“聚变三重积”，形象的比喻就是：要用高温把人逼成疯子，让疯子失去理智地满世界高速奔跑，同时也要让这样的疯子尽可能的多，这样这些疯子之间撞到一起的概率才会大的多，同时也要不断地补充疯子，让这些疯子奔跑相撞的时间长期维持下去，这样这些疯子碰撞的次数才会更多。

四、怎么实现可控核聚变：要实现可控核聚变，首先要解决维持上亿度的高温反应的容器，地球上的任何材料都受不了（比如钢铁一千多度就熔化了），因此科学家们就只有通过磁约束，让高温反应在真空中进行，这样就不用与高温直接接触了，因此容器的问题就解决了;然后就是让核聚变通过链式反应的方法自动维持下去，这就需要不断地补充“燃料”，而比如“氚”这些原料的价格每公斤都要上亿人民币，因此要想让可控核裂变进行下去，就必须解决原材料的来源问题，后来科学家们发现用中子照射锂6可以得到这些“氚”，因此“燃料”的问题也解决了，然后是投资收益比的问题，也就是我用于核裂变反应的能量，必须远远小于核裂变反应后产生的能量，这样我才有得赚，不然就不叫商业化，因此采用什么工艺的问题，最常用的是托克马克，而托克马克实验堆要想稳赚不赔，就需要做得更大，反应空间那个环也要做得更扁才行。

五、目前我国可控核聚变技术怎么样：因为要想稳赚不赔，甚至大赚特赚，就必须把托克马克实验堆做得特别大，这就涉及到美刀的问题，各个国家小打小闹都搞不出什么名堂，因此全世界主要的几个可控核聚变玩家就凑在一起，共同出资在法国建了一个国际堆（ITER），但是参与的人多了，扯皮问题也就成了家常惯饭，这就导致这个超级先进的国际实验堆进度感人，效率低下，鉴于此，我们中国就在我们家里又搞了一个比国际实验堆更先进的核聚变反应堆CFETR，因此从目前国际局势来看，美国早已经在可控核聚变技术方面出局了（当年技术路线跑偏了，看不起托克马克，个人跑去玩打靶，玩到最后才发现打靶没前途，可再回头已是百年身，再也追不上其它国家的研究步伐了），俄印欧日韩处于第二梯队，总体技术水平马马虎虎还可以，而我们中国在可控核聚变方面已经是领先级的玩家了，保守计划，中国2050年就能实现可控核聚变技术的商业化运行。