關注新聞的朋友會經常看到一堆充斥著數字和高大上亮瞎眼的學術術語的新聞：
中國全超導託卡馬克實驗裝置EAST。成功實現電子溫度超過5000萬度，持續102秒的超高溫長脈衝等離子體放電。
1億度，1000秒。
等離子體，中性束加熱，氚自持。。。
看著只能不明覺厲，但是實在搞不懂啊，怎麼出去和別人吹牛。
筆者是一名中科大的在讀博士生，專業是核能科學與工程，碩士和博士課題都是和聚變相關，所以這麼多年有了一些自己的感悟，現在結合一些資料把這個號稱能使人類文明進入下一個發展階段的可控核聚變來給大家論一論。
首先，我們得有一個基本的常識，就是我們人類所有使用到的能量，本質上都是太陽給的。
汽車和工業上用的汽油，天然氣，煤炭，人類活動的能量來源是食物，這些本質上都是太陽的能量。
太陽辛辛苦苦在地球上存了幾十億年的化石能源，被人類幾百年就給嚯嚯掉了，所以當前限制人類文明跨階層進步的，最重要的就是能源。
那太陽究竟有什麼鬼才能搞出這麼多能量？
它的能量又是從何而來？
以前人們都以為太陽是一個不停燃燒的大煤球，但是即便是太陽如此龐大的質量，如果能源來自於自身燃燒的化學能，最多隻能燃燒幾千萬年，而太陽已經燃燒幾十億年了，所以這樣解釋行不通。
正確答案就是核聚變。太陽同所有恆星一樣，本質是一個巨大的核聚變工廠。
能量，本質上就是來源與粒子的分分合合的過程。
核聚變呢，又叫做核融合，是指小質量的兩個原子核合成一個比較大的原子核，在這個過程中，會產生巨大的能量釋放，而這部分釋放的能量呢，就是可以供人類使用的能量。
可以理解為大爺們手上把玩的兩個鐵球，也有叫健身球的，某天大爺突然爆發神力，把這兩個鐵球給硬生生的給捏到一起去了，大爺完成了某種意義上的“健身球聚變（融合）”。
那我們也知道，想要把兩個原子核給聚合到一起，我們自然要選擇最簡單的方式，
利於我方輸出的條件，所以選擇什麼元素的材料來作為核聚變燃料是一個問題。從常識上來說，我們選擇質子數少的，就更容易擰到一起，像那種好多質子的元素，隨隨便便就分裂了，還怎麼聚變。
所以我們看上了氫元素，因為它只有一個質子，小夥子眉清目秀，並且孑然一身，不拖家帶口。
氫是有同位素的，一共有三種，分別是氕（不帶中子，只有一箇中子，也就是常見的氫），氘（一箇中子，D）和氚（帶兩個中子，T）。
科學家通過實驗測定了他們之間發生聚變的反應截面（可以理解為發生反應的容易程度），發現氘氚聚變（DT）的反應截面最大，也就是說它們倆湊在一起更容易產生火花，融為一體。
氘氚聚變反應示意圖
一個氘原子和一個氚原子發生聚變反應，會生成質量數為4的He（氦），同時產生一箇中子，同時放出能量。
那接下來我們來看看為什麼聚變這麼難?
我們都知道，原子核是帶正電的，2個原子核靠的越近，之間互相排斥的力也就越大。
這就意味著我們沒有辦法捏著這兩個原子核讓他們聚合在一起。
那怎麼辦呢?
讓它們以極高的速度碰撞，可以抵消這種排斥力。
從而可以融合成為一個原子核。
這樣才能完成一次核聚變反應。
溫度大家都知道，但你們考慮過溫度的本質嗎？
50度的水，和10度的水，本質上有什麼區別嗎？
其實溫度的本質就是物質粒子的運動速度。
不同溫度的水，僅僅只是其中粒子的運動速度快慢的區別，也就是分子速度不同。
其他的都沒有區別。
正如上文所說的，要想發生一次聚變反應，需要兩個原子核以極快的速度碰撞，所以發生聚變反應首先就要滿足溫度足夠高的條件。
形象一點來說就是這兩個原子核都要非常燙手。
對於DT反應來說，這個溫度的要求就是1億度。
所以第一個條件很明顯就是溫度。
繼續，我們知道兩個原子核以極高的速度碰撞可以產生聚變反應。
但是我們如何讓這兩個原子核能夠撞到一起呢？
答案是，我們做不到。
所以如果只有兩個原子核的話，即便是速度再快，溫度再高，撞到一起的幾率也無限接近於0。
所以我們要在單位體積內增加原子核的密度。
原子核越多越好。
如果還是沒辦法那麼高的原子核密度，那就維持較長的時間。
總有眼神不好的走著走著就撞上了。
而原子核密度在宏觀上表現就是壓強。
綜上所述，三個條件都出來了。
分別是溫度，密度以及約束時間。
聚變物理有一個非常重要的公式，叫做勞遜判據 。
就是說，以上三個條件必須滿足特定的條件，才能夠使聚變產生的能量能夠維持聚變自身所消耗的能量，這樣才能夠有持續下去的聚變反應。
也被成為聚變點火條件。
也就是說過了這個目標，聚變就不再需要外接輸入能量了。
原理部分今天先說到這裡，後續會繼續說聚變裝置的設計，包括磁約束聚變裝置和慣性約束裝置。
覺得寫得還不錯的，可以持續關注。
感謝。
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