D-wish

這是什麼意思？是想要把核聚變反應堆小型化嗎？並且小型化成為汽車的發動機？我想這怕是有點難度吧。

核聚變指的是兩個較輕的原子核聚合成為一個較重的原子核的過程，這個過程會伴隨著釋放巨大的能量。自然界中最容易實現的核聚變反應是氫的同位素——氕和氘的聚變，我們的太陽，其內部進行的核反應就是氕氘聚變反應，並且這種反應已經進行了50億年了。50億年的時間，不用消耗很多的核燃料，太陽會一直髮光發熱，核燃料一直以來都是被譽為清潔能源，因為僅僅幾百千克的核燃料就可以製造出巨大的能量。現在人類利用的核能是裂變能，還沒有掌握可控聚變能。

可控核聚變又被稱為人造太陽，它和太陽的原理是相似的，但是又有一些不同，因為太陽內部的聚變，反應是很激烈的，但是如果想要人為控制這個反應的話，那麼反應就不能太過激烈。核聚變相比於核裂變有很多的優點，比如說核聚變不會產生像核裂變一樣帶來的長期和高水平的核輻射，不會產生核廢料，當然也不會產生溫室氣體，基本上是環境友好型燃料。可控核聚變為人類提供清潔、安全且取之不盡的能量，是人類解決能源問題的終極希望。

很久以前，科學家就希望發明一種裝置，這種裝置可以有效控制氫彈爆炸的過程，讓能量源源不斷持續穩定輸出。這個想法是好的，但是實現起來卻沒有那麼容易，原因就在於核聚變的條件太苛刻了，最苛刻的條件就是溫度了。核聚變最麻煩的條件就是需要瞬時上億溫度的高溫才能引起核聚變反應。但是如此高的溫度，怎麼能達到呢？就算是達到了，這麼高溫度的等離子體，該用什麼東西盛呢？要知道氫彈是用原子彈點燃的，不然達不到氫彈爆發的溫度。所以溫度是第一個問題。

先來說說怎麼解決溫度的問題吧，簡單一點來說，從最早開始，前蘇聯的專家就考慮用激光加熱核聚變的原料，但是這種方法有一個問題就是單個激光的溫度過低，所以為了解決這一問題，就需要多個激光對著同一點加熱，只是這可沒有想象中的那麼容易，因為必須保證被加熱的物體所有方向都均勻受熱才行。說完了這個，再來說說怎麼盛的問題吧，當然了，上億攝氏度的物質，在地球上還沒有任何容器能夠承受得起，所以人們就想到了一個辦法，那就是用一個磁場將這些高溫物質約束在一個密閉的環中，實現變相地盛放。這種我們稱為磁約束。

前不久聽說中國在人造太陽方面取得了突破性進展，但是別高興太早，因為距離真正製造出來還遠著呢。目前看來，雖然溫度可以滿足條件，等離子體也有方法可以約束，但是還有一個條件就是如何穩定運行的問題，一般而言現在能夠運行一分鐘就算不錯了，所以還是得加油啊。至於說放到汽車裡面，我總覺得不太現實，畢竟這個玩意搞不好就發生意外，而且是這麼小型化，就更不容易了。只是如果真的有一天人造太陽造出來了的話，地球上就不會再有能源危機了，石油當然也就可以被代替了。

鏡像宇宙

可控核聚變在未來實現民用化，成為替代化石燃料的能量來源，這是完全有可能的。而且人類的文明想要發展到更高的水平，這一步也是必然之路。

人類現在已經可以實現核聚變反應，那就是氫彈爆炸，其本質反應是氫的兩種同位素——氘和氚，發生核聚變反應。但氫彈爆炸的能量釋放是不可控的，所以這種能量不能被用來轉變為其他能量而用於人類的生產和生活。

可控核聚變的最大難點在於如何應對極端的高溫環境。在恆星的核心中，由於巨大的引力坍縮效應使得那裡的溫度和壓力高到足以引發核聚變反應的程度。但人類製造的裝置不可能承受極其巨大的壓力，只能想辦法升高溫度。可控核聚變所需的溫度將會超過一億度，這甚至比溫度只有幾千萬度的恆星核心還要熱，我國在2018年已經實現了一億度的等離子體運行。目前提出的可控核聚變裝置主要有兩種，一種是磁場約束的可控核聚變，還有一種是激光約束的可控核聚變。

在可控核聚變被掌握之後，距離發展到民用還要很長的路要走。因為這種裝置必然是一個龐然大物，就像最初的計算機那樣。但隨著技術的進步，可控核聚變裝置將會逐漸小型化，這都是水到渠成的事情。到了那時，核燃料替代石油作為汽車的能量來源是完全有可能的。

可控核聚變的實現必將會引發新一輪的工業革命，其意義就像當年引發第一次工業革命的蒸汽機那樣。可控核聚變能夠讓人類一勞永逸地解決能源問題，並且還讓我們走向星際時代。

火星一號

關於這個問題其實關鍵是有木有可能做出那麼微型的可控核聚變裝置。

雖然我們國家在可控核聚變的領域是出於領先的，但還遠遠不是可以商用的水平。或者說那個階段還遠得超乎我們的想象。

那假設我們現在就是做到了這一點，能把可控核聚變裝到汽車裡，那以後會這麼用麼？答案是：這車咋不上天呢？這都讓我想起了蝙蝠俠的車子了。

要知道核聚變的能源效率遠遠高於石油，如果都可以用上這個東西了，把車子做成飛機算了，妥妥地飛的起來，環遊地球好幾圈都不是問題。所以如果有朝一日我們可以把可控核聚變做成一個微小的裝置，那說明我們的科技已經發達到相當恐怖的水平。那時候還用開汽車？這真的不好說了，不過那個時候的交通工具肯定用可控核聚變最為划算，畢竟又清潔，又輕便，還很高效。

鍾銘聊科學

可能性非常大，而且也會是人類文明再次完成蛻變的一個風水嶺！

誠然，最近幾百年時間，人類科技發展非常迅猛，我們已經進入了一個高度發達的文明時代，這一切都太我們的能量消耗和利用密切相關！

電，是改變人類生活方式自己文明變革的重要因素，但人類發電的能量來源大部分還是來自煤和石油，當然還有水資源。同時，我們如今使用的能源當中，化學燃料能源佔據主導地位！

但本質上來講，我們如今利用能源的方式與古人類沒有什麼區別，都是利用的化學燃料能源，利用化學反應。比如說火箭發射升空的動力推進系統就屬於化學燃料，本質上與古人類燃燒材火是一樣的！

而可控核聚變是一種全新的能量，它既不是物理反應，也不是化學反應，而是原子內部更細小結構的重新組合過程中釋放出來的巨大能量！

這種能量是巨大的，而且效率非常高，燃料也幾乎可以說取之不竭用之不盡，因為氫是宇宙中最豐富的元素！

目前人類利用的核聚變能源基本都是不可控的，比如說核武器，核能發電廠等，如果有一天很能像電能那樣如此普及，人類文明將徹底進入新時代，甚至直接邁進真正的星際旅行時代！

而我們前期剛剛研發成功的溫度高達一億度的“人造太陽”讓我們向可控核聚變邁出了堅實的一步，期待“可控核聚變”完全取代石油煤等傳統能源的到來！

宇宙探索

“可控核聚變”將來會替代石油成為汽車動力來源嗎？

從理論上來說，在可控核聚變成功之後的很長一段時間內都不可能代替石油成為汽車的動力來源！核聚變之後能源取之不盡，為什麼不能作為汽車的動力來源？難道還要燒石油汙染空氣嗎？其實完全不是這樣！在可控核聚變和汽車的動力來源還有一條鴻溝必須跨越，那是什麼呢？

一、核聚變堆小型化

假如要裝到汽車裡的話，核聚變堆必須小型化，因為汽車發動機都不超過1立方米，而現在的核聚變堆（尚未成功）跟一棟大樓差不多，如果要成為汽車發動機的話，這顯然不行！如果那麼巨大甚至連航母發動機都是個大問題，更不要說汽車了！

這是核聚變堆與人體的大小比例，可想而知這個有多巨大！即使小型化也很難縮小到汽車裡，因此在可控核聚變堆成功之後也不可能成為汽車動力！

二、利用核聚變堆的電能

這是最簡單的一種方式，這其實與可控核聚變堆成功與否也沒什麼關係，因為電能來源非常廣泛，比如太陽能、風能、水利、潮汐等，因為非高峰時間段的電能都是棄用，棄光、棄風以及水資源非常豐富的雨季則下洩過剩的水資源，非常浪費！因此電動汽車即使不實現可控核聚變一樣非常有前景！

假如可控核聚變堆成功，對電動汽車來說更是多了一個電能來源！但現在的電動汽車缺少一個極為關鍵的環節，就是如何儲藏電能，簡單的說就是電池技術並沒有讓大家滿意！不但電池能量密度低，而且衰減比較嚴重，還有夏冬的溫差等問題，落入了電動車看上去很美，但最好讓隔壁先買的怪圈！

因此結論也非常簡單，可控核聚變和電動汽車沒啥關係，可控核聚變也不肯直接成為汽車動力！

星辰大海路上的種花家

可能是不會的，可控核聚變實現之後，人類對能源應用一定會上一個新臺階，電動車電車也會上一個新臺階，汽車的運行里程也將大大提升，沒必要在車上放一個“大炸彈”。

可控核聚變可能是下個千年最主要的能源，目前已經在實驗室已經證明確實可以產生可觀的能源，但是目前還不能很好地控制，核聚變材料在宇宙是不會缺乏的，單單在地球的儲量就足夠人類應用數千年，一旦可控核聚變實現人類還可以在月球採集核聚變資源，然後向更遠的宇宙採集資源，就不用再擔憂地球資源的不足了。核聚變實現後電能將成為主要的能源利用形式，電能的儲存也將更加普遍和高效，所以不需要在車上放一個核聚變設施。

人類科技總是全面發展的，可控核聚變實現後，對能源的利用會上一個新臺階。目前電池的容量支持電動汽車跑幾百裡就相當不錯了，但隨著可控核聚變、新型儲能方式（超級電容）之類的技術發展，電池的容量支撐汽車跑目前加滿油的行程應該問題不大，或者可能更高，加上可控核聚變實現後，能量的傳輸速率更快，電能更大範圍i的應用，充電將不再是個問題。

不過可控核聚變說的是安全，但是想要小型化到裝到車上還是困難的，而總有一些區域建設大型核電設施、輸能設施比較麻煩，所以完全替代石油化工產品也可能不大現實。

來看世界呀

可控核聚變的研究已經持續半個多世紀了，目前最多隻能讓維持可控核聚變的託卡馬克裝置連續運行幾百秒

核武器的威力雖然巨大，但並不能用於日常生活，現在的核裂變發電站安全性雖然很高，但核燃料到期後仍然有很強的放射性，而核聚變幾乎不產生任何有害輻射，可控核聚變也因此成為了各國都想研究成功的超級能源。

未來的可控核聚變很可能會被打造成新一代核電站，到時候人類將擁有近乎無限的電力

目前已經有科學家在研究“無線供電”了，未來的可控核聚變發電站產生的鉅額電力將充滿整個地球，雖然大部分電力都會被損耗或者消失，但是剩下的一小部分電力仍舊能滿足全人類的電力需求，到時候所有用電的設備都不需要進行充電。

可控核聚變的實現必將讓人類文明躍升到一個新高度，更加璀璨的人類文明可能在本世紀末就會出現

宇宙探索未解之迷

有可能，因為微型的核聚變是容易實現的，至少目前人類已經制造出了微型核聚變設備，例如全球每年生產的那幾百臺微型的中子發生器（用於石油探測），就是不那麼奢侈的核聚變設備。但要把“人造太陽”那種熱核聚變方式製作成為汽車便攜的能源，估計困難太大，因為溫度太高。

快速講一下核聚變啟動的幾種方式

• 熱核聚變——完全靠高熱來實現啟動聚變，因為那時候原子核的熱動能已經高到撞到別的就聚合的程度。所以只要溫度夠高，就能發生。氘氚熱核聚變的門檻溫度是12億開爾文。這一種估計只有在恆星裡面才能實現。但恆星的核聚變實際上是引力約束的核聚變。沒有約束熱核聚變也無法持續，因為原子密度降低後，溫度就會降下來。
  
  
• 慣性約束聚變——給聚變原材料加壓，通過提升壓力來降低核聚變溫度，也就是溫度可以不高，但是讓原子核靠得更緊，高速原子核對撞的幾率會成倍增加，這樣理論上最高可以把原子核的動能需求降低到一半。慣性約束有很多辦法，氫彈就是用這種原理造的，這也是目前廣泛採用的人工可控核聚變方案。
• 慣性靜電約束——利用靜電場來加熱和約束核聚變原料的等離子體，使其發生聚變。此技術相對比較不成熟，但很可能是最適合可控核聚變小型化的方案，只要有原料，在家都能造出來。（後面有詳述和圖）

• 束對束（BB）或束對靶(BT)聚變——通過將聚變原料原子核加速後對撞或者原子核撞擊靜態原料來產生聚變，這是最容易實現的路徑，但能量不強，這是目前最小型化的核聚變裝置，結構簡單。下面要講。
• μ子催化聚變——將核聚變材料例如氘氚原子中的電子替換成為μ子，從而使得聚變材料的原子互斥力降低，使得原子核靠得更近，以至於可以在較低溫度下（甚至常溫下）實現核聚變，但μ子衰變速度太快，產生不易，很難大規模應用。

在面的各種路徑當中，最容易小型化的是“慣性靜電約束”和“和束對束或束對靶聚變”兩種，實際上他們的原理是一樣的。

中子發生器就是微型核聚變

中子發生器是用來產生中子束的裝置，其一種實現原理是利用上面的“束對靶”聚變機制，用小型的線性加速器將氫同位素聚合在一起來產生中子——通過將氘，氚或這兩種同位素的原子核加速轟擊到金屬氫化合物靶標中，使之發生聚變反應。這些金屬氫化物靶含的是氘、氚或這些同位素化合物的混合物。

上圖：典型的中子發生器，安全且尺寸不大。

第二種原理是利用上面提到的慣性靜電聚合機制。靜電約束聚變裝置使用靜電場限制和加熱離子，目前已經實現的聚變結構被稱作“聚變器”，該裝置在陽極線籠內設陰極內籠，氘氚核（帶正電）從正極外籠飛向負極內籠，並在此過程中被電場加熱。 如果離子“不幸”沒有擊中內籠，他們就會碰撞併發生聚合。 然而，這些氘氚核正離子大部分會撞上陰極內籠，產生大量損耗。 此外，競爭性的物理效應會產生光輻射形式的能量損失，致使聚合器中的聚合率非常低。有學者已經提出了通過使用非中性雲產生電場來避免與籠相關的問題的設計，牽涉到等離子振盪裝置，潘寧阱和多面勢阱等。此技術相對不太成熟，仍存在許多科學和工程問題待解決。

上圖：核科學極客在家制造的一個“聚合器”，內籠內正在進行核聚變，處於所謂的“星模式”運行狀態，此聚合器的一個特徵在於，發光等離子體的“輻射”似乎是從內部網格中的間隙發出的（中心亮處）。

但利用靜電加速、加熱路徑應該是門檻最低的聚變啟動方式，但作為汽車能源來說不是沒有問題：

中子發生器的聚變原理很簡單，跟實驗室使用的迴旋加速器是一樣的（實際上就是在迴旋加速器的研製過程中發明出來的，但最早是受益於電視機顯示器的陰極射線管的發明）。只要恰當的原子核被加速到合適的速度相撞，就可以產生核聚變。但問題是，加速也需要消耗能量，整個系統能否達到淨能量輸出？此外，這樣的反應能否大規模進行？

理論上，前面提到的各種核聚變啟動方式可以共享相同的核素的聚變路徑，而相同的微觀聚變路徑釋放的能量效率應該是相同的，但差異在於不同的聚變方式的能量損耗。

採用靜電場約束的小型核聚變裝置其基本原理不過是製造一個高壓加速氘氚原子核互相對撞釋放高能中子，如果要擴大能量輸出，那麼就是擴增這個聚變規模。讓更多的氘氚原子核在靜電場的操控下發生碰撞。然後我們可以像提供汽油一樣不斷提供氘氚核，源源不斷地輸出高能中子。然後，只要解決如何將高能中子和光能轉化為電能或熱能，就能夠驅動汽車引擎乃至其他引擎，之後的技術路徑就不用贅述了。此外，這個過程還要注意中子放射防護和妥善處理被中子激活的核廢料即可。

但到目前為止，由“聚合器”類的裝置實現的最高中子通量，在氘氘聚變反應下，大約為每秒產生3×10^11箇中子（並不高）。前面也提到“聚合器”因為離子撞上陰極籠（陰極可能被不斷損壞），而且離子交互釋放光能逃逸，損耗太大，所以輸出效率不高。

目前科學界對“靜電聚合器”的改進努力在於提高氘離子的密度，以及降低輻射汙染。在提高氘離子化速率方面科學家們進行了各種嘗試，包括通過在聚合器中增加“離子槍”（類似於舊式電視顯像管中的“電子槍”）或“磁控管”類裝置，利用高壓電磁場增強離子的形成。 任何增加離子密度（在保持離子平均自由路徑的限度內）或離子能量的方法都可以增強聚變輸出能效，通常以每秒產生的中子數量來衡量。如果能夠考慮“高溫”聚變反應，提高離子能量就更有意義，例如質子 - 硼聚變，因為具有豐富的燃料（氕和硼），無需放射性氚，並且在初級反應中不產生中子，核汙染就更好控制。

用形象一點的方式來描述最終的成品，分為兩部分：第一個部分是一個“中子火炬”不斷地噴發高能中子，第二個部分是一個“中子發電機”，把中子的能量轉換為電能。

只要解決上述系列問題，那麼用核聚變驅動汽車是沒有問題的。

小宇堂

答：不太可能作為直接能源，因為可控核聚變無論在技術上，還是在安全上，都不適合直接給汽車提供能源；最大的可能是作為次級能源，先在核電廠轉化為電能，在把電能作為汽車的儲備能源。

可控核聚變是人類最想突破的能源技術，一旦成功就能徹底解決人類的能源問題，至少在接下來的數萬年間人類不再為能源擔憂。

估計算，一升海水中的氘核發生聚變，就足以讓一輛小車在“北京-上海”間跑幾個來回，可見核聚變中隱藏的能量是巨大的；但是把核能作為汽車的直接能源是不可行的，理由有以下兩點。

小型化

核聚變反應需要在超高溫下才能進行，至少得1000萬攝氏度，需要龐大的設備才能產生這樣的極端條件，要把整個裝置塞進小車內，幾乎是不可能的，或許未來可以用在星際航行的飛船中。

安全問題

就算未來能發明小型核聚變裝置，也難以直接用在汽車上，因為核聚變一旦失控就是一顆超級炸彈，很容易被不法分子利用，對社會來說是非常危險的。

比較合適的方式，就是電廠利用核聚變生產電能，電能再輸送到用戶端，汽車通過蓄電池把能源儲存起來，再把電能作為汽車動力來源。

目前最大的難題，就是電池的儲能密度太低，當今科技急需來一次電池技術上的革命；或許在未來，汽車只要衝半小時的電，就能行駛上千公里。

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艾伯史密斯

第一代可控核聚變反應燃燒的是氘和氚。氘在海水中大量存在，是氫的約1/7000，又叫做重氫。按現在的能源消耗量，能用上百億年。

氚是一種半衰期只有12.43年的放射性同位素，又叫做超重氫。氚衰變時只會釋放出電子，不會穿透人體皮膚，除非大量吸入才會對人產生危害。氚在自然界的含量非常稀少，但可以通過用中子轟擊鋰人工合成。

可控核聚變可以滿足人類未來無窮無盡的能源需求，幾乎是用不完的。但是其聚變材料的提取和合成成本還是較高，最關鍵的是可控核聚變反應堆的製造條件太苛刻，它要提供非常高的壓力和上億度的反應條件才能使氘和氚發生核聚變反應。也是人類現在還沒能研發成功的原因。

可控核聚變反應堆主要用來發電，發電的原理和現在的燃煤電廠、核電廠、天然氣發電廠一模一樣：利用反應堆釋放出的熱量將水加熱為高壓、高溫的蒸汽帶動汽輪機，由汽輪機帶動發電機發電。總的來說，就是換一種燃料把水燒開。

圖：鋼鐵俠

鋼鐵俠的動力裝置就是位於他胸口的微型可控核聚變反應堆。但這只是科幻電影。想和鋼鐵俠一樣，直接利用可控核聚變反應帶動汽車前進是未來兩百年做不到的。但可以用其產生電力，然後通過電池存儲的電力帶動汽車，這和現在的方式一模一樣。

關鍵字: 小型化 核聚變 科學