簡單地說，人造太陽就是可控核聚變，是人類將太陽發(fā)光發(fā)熱的機制在地球上加以運用。

近日，媒體熱炒，老美的可控核聚變?nèi)〉弥卮笸黄啤τ谶@個“重大突破”說法，一些人向燈向火說法不一，主要有兩個極端：一種是認為突破非常重大，可控核聚變很快就要普照天下了；另一種是嗤之以鼻，認為那么芝麻綠豆點大的“突破”就吹到天上去了，實在是小題大做。

那么這次突破到底是真突破還是假突破，有多大意義呢？現(xiàn)在我就來通俗地說說，讓所有關(guān)心這件事的瓜友們弄個明白。

先簡單說說啥叫核聚變和可控核聚變

核聚變又叫核融合，是輕原子在極端條件下融合在一起，同時釋放出巨大能量的過程。太陽核心的核聚變是氫原子不斷融合成氦原子的過程。這是迄今為止人類認識到最高效清潔的能源，科學家們一直想將太陽這種可控核聚變的發(fā)光發(fā)熱機制，在地球上實現(xiàn)，因此又叫人造太陽。

核聚變其實早就有了，就是氫彈爆炸，這種核聚變方式在上世紀五十年代就有了，象征著人類開始掌握核聚變的巨大能量。但氫彈爆炸是不可控的，只是一瞬間的威力，雖然驚天動地，卻只能用于戰(zhàn)爭和威懾，并沒有給人類社會生活帶來什么好處。

于是科學家們開始研究如何讓這種巨大能量緩慢釋放，也就是所謂實現(xiàn)核聚變的可控性，這樣才能造福社會和人類。現(xiàn)階段核聚變的原料采用的是最輕的元素氫元素的同位素，主要為氘、氚。氘在地球上儲量非常豐富，每升海水的氘提取出來，通過核聚變產(chǎn)生的能量就相當于300升汽油。

可見，如果可控核聚變開發(fā)成功，核燃料在一個相當長時期是取之不盡用之不竭的，這樣就能夠完全緩解能源危機。而且可控核聚變是完全無污染的清潔能源，采用這種能源，可以大大降低碳排放，修復(fù)地球生態(tài)。

實現(xiàn)可控核聚變的條件

但這樣一種優(yōu)質(zhì)高效的能源，要真正推上運用卻很難很難，主要是在地球上實現(xiàn)核聚變，沒有也無法制造出太陽核心3000億個大氣壓的極高壓力，為了維持核聚變持續(xù)不斷進行，只能提升等離子體溫度，這樣就需要1億度高溫才能運行。

由此就產(chǎn)生了三大困難：一是采用什么樣的容器來約束這樣高溫的等離子體；二是如何讓高溫等離子體持續(xù)不斷的燃燒；三是如何讓高溫等離子體的能量輸出來，且輸出能量大于輸入能量。

地球上是沒有任何材料能夠耐受1億度高溫的，甚至萬分之一也達不到，熔點最高的單金屬是鎢，3380℃就融化了；熔點最高的合金是鉿，4215℃就融化了。這些溫度與1億度相比，實在太渺小了，渺小得只有不到2萬分之一。

科學家們探索出要約束如此高溫的等離子體，只有三種方式：一種是重力約束，也就是像太陽這樣的巨大恒星，依靠自身引力，也就是依靠3000億個大氣壓，將核聚變束縛在核心。這種方式在地球上是無法實現(xiàn)的，只能另辟蹊徑。

第二種就是磁約束。因為等離子體是帶電的，具有一定速度的等離子體進入磁場后，會受到沿磁力線的約束，在磁場中做螺旋式回旋運動。這樣通過人工制造一個強大的磁力阱，就能夠?qū)⒏邷氐入x子體約束在這個“陷阱”中，不接觸任何容器。

第三種約束就是慣性約束。這種方法是利用粒子的慣性作用產(chǎn)生的強大壓力，實現(xiàn)核聚變反應(yīng)的一種方法。世界上目前比較經(jīng)典的是采用高能激光照射極小的靶丸，讓靶丸中核聚變原料迅速消融向外猛烈噴射，巨大的反作用力形成向內(nèi)極大壓力的沖擊波，激發(fā)靶心中的氘和氚發(fā)生核融合，從而釋放出巨大能量。

世界上開發(fā)可控核聚變的方式和進程

世界上主流可控核聚變一直沿用前蘇聯(lián)發(fā)明的托卡馬克裝置，開發(fā)進展極為緩慢。前蘇聯(lián)從上世紀五十年代開始，就發(fā)明了托卡馬克裝置，這種裝置采用的是磁約束，就是將高溫等離子體約束在裝置腔膛中的磁阱里。

七十年過去了，托卡馬克裝置一再改進升級，在歐美俄中日韓印等國一直在試驗中，進展艱難而緩慢。中國作為第四個擁有自主設(shè)計的托卡馬克裝置的國家，在低溫超導(dǎo)強磁場等方面上了新的臺階，實現(xiàn)了7000萬度長脈沖等離子體維持運行1056秒，等離子體溫度1.2億度運行101秒的世界領(lǐng)先成就。

歐洲日本等國的磁約束核聚變也不斷取得進展，但這些進展都還停留在如何將高溫等離子體持續(xù)燃燒的時間延長上，也就是上面說的第二個難題。而第三個難題，如何將核聚變的能量輸出來，且要輸出大于輸入，一些研究還幾乎沒有涉及。

這就是所謂的“Q值”。

Q值就是輸入能量與輸出能量之比，Q值越大，說明核聚變得到的效率越高，一般認為，要Q值大于10時，也就是輸出能量是輸入能量的10倍以上時，可控核聚變推上商業(yè)運用的時機才算成熟。

美國、歐洲、日本等國的托卡馬克裝置實驗一直在Q值上下功夫，但得到的數(shù)值一直停留在上世紀90年代。聯(lián)合歐洲環(huán)JET曾經(jīng)達到Q值0.65，持續(xù)時間2秒；1997年12月，日本曾宣布在自己的JT-60上成功進行了氘-氘反應(yīng)實驗，Q值超過了1.25～1.3。但這些消息發(fā)布后，幾十年過去了，再也沒有下文。

中國的EAST全超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置雖然時不時有一些重大進展的消息，但在Q值問題上沒有任何披露，只有一個規(guī)劃，在2025年實現(xiàn)Q=5，2030年實現(xiàn)Q=10，并初步達到穩(wěn)態(tài)發(fā)電1GW（100萬千瓦）。但現(xiàn)在達到了多少呢？不知道。

一直到今年五月，一家叫First Light Fusion的英國公司另辟蹊徑，采用慣性約束機制取得了可控核聚變的新突破。這是通過一種高速彈射技術(shù)，將加速到10～20倍音速的彈丸射向嵌入氘燃料芯的小塊，形成崩潰沖擊波，瞬間壓力達到10億個大氣壓，導(dǎo)致燃料塊高速自爆，實現(xiàn)核融合。

這是在過去采用昂貴激光實現(xiàn)慣性約束的一種新突破，將大大降低未來可控核聚變的成本，公司揚言，在2030年有可能開辦實驗工廠產(chǎn)生電力，但這個突破依然沒有產(chǎn)生Q值。

老美的這次“突破”，攪動了可控核聚變Q值幾十年沒動靜的一潭死水

美國能源部12月13日宣布，其坐落在加州的所屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室實現(xiàn)了“核聚變點火”，稱這一“重大科學突破”將為國防及清潔能源未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。這個調(diào)門非常高，說明老美對這次“突破”認定很高。

這次突破具體是怎樣的呢？事實上這是在研究可控核聚變方式上的一次非主流突破，采用的依然是傳統(tǒng)的激光慣性約束方式。具體說來，是在一部叫做“國家點火設(shè)施（NIF）”的裝置上，采用192臺激光器，將2.05兆焦耳的能量輸送到一粒豌豆大小的金膠囊上，這個膠囊里裝有氫的同位素氘和氚的冷凍顆粒，在巨大能量轟擊下，這個膠囊艙室瞬間坍塌，高溫高壓導(dǎo)致了核融合反應(yīng)，由此產(chǎn)生出3.15兆焦耳的能量，也就是實現(xiàn)了Q值≈1.54。

這當然是一個巨大突破，在可控核聚變開發(fā)過程中具有里程碑意義。但由此認為可控核聚變距離進入民用已經(jīng)很近了，就大錯特錯了。事實上，做出這項研究成果的科學家們也并沒有忘乎所以，他們警告說，盡管已經(jīng)取得了突破性成功，但實現(xiàn)可控核聚變目標的路還很長，很艱難。

要知道，這個突破還只是實驗室計算的純輸入和純輸出之比的Q值，也就是發(fā)射激光的能量和得到核聚變能量之比。相比這套耗資35億美元，足足有3個美式足球場大的裝置，192臺巨大能量的激光器，照射的僅僅是一顆豌豆大的核聚變腔囊，輸出的那一點點能量實在可憐，與整個巨大裝置所消耗的人財物是無法類比的。

而且，NIF只是一個實驗裝置，并不是一個聚變能裝置，要將這種核聚變反應(yīng)方式轉(zhuǎn)化成真正的核聚變能，就需要建造出真正的核聚變能發(fā)生裝置。

綜上所述，我的觀點是，這次突破的意義是重大的，即便具有里程碑式的意義，但在可控核聚變真正推上民用的征途上，也還只是跨越了小小一步，未來的路還很漫長和很艱難。

那么，未來的Q值突破，并且真正推上商業(yè)運用的會是誰呢？在這些科學技術(shù)的較量中，最終花落誰家？我很期待中國真的像規(guī)劃那樣，在2030年達到Q值=10，并實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)發(fā)電1GW，這樣的話，很可能中國會率先點亮可控核聚變第一盞民用之燈。

但最重要的不是說，更不是自嗨，而是謙虛謹慎持續(xù)地努力。因此，我們既要看到和承認人家的進步，揚己之長克己之短，才能最終實現(xiàn)超越。一切科學進步都是人類文明的進步，我期待著中國的進步，也樂意看到世界的進步，這就是我的態(tài)度。

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