五百年前，阿茲特克人用鮮血以祭太陽，企圖獲得永恒的力量。今天，科學家正在嘗試用另一種“祭品”，核聚變燃料，來復刻太陽的力量。僅僅只需1克，就能釋放出相當于1000升汽油的能量。

從對太陽的盲目崇拜到研究它的能量密碼，人類走了數(shù)千載文明歲月；而從實驗室到“人造太陽”正式點亮，或許需要科學家們再拼一把。今年4月份，我國科學家宣布，最遲在2030年，將用核聚變的能量點亮第一盞燈！

核聚變是什么

在太陽核心，每秒有6億噸氫原子發(fā)生聚變，由內而外釋放能量。正是這場持續(xù)了50億年的“燃燒”，點亮了整個太陽系，為地球送來了光明與溫暖。如今，人類正嘗試在地球上復刻這樣的“恒星級能量”。

核聚變，即通過高能狀態(tài)下的原子核結合反應來釋放能量。極端條件下，兩個輕原子核克服庫侖斥力發(fā)生融合，會形成更重的原子核。根據(jù)質能方程 E=m

典型的核聚變反應是：一個氘核（1質子1中子）與一個氚核（1質子2中子）聚合，最終形成一個穩(wěn)定的氦核（2個質子2中子），同時釋放約17.6 MeV的能量。而僅僅1克的氘氚混合物完全聚變，就可以釋放出約3.4億焦耳的能量，等同于1000升汽油燃燒的能量。

目前海水中的氘，足夠讓人類開足馬力用上數(shù)百億年。而且，聚變反應的產物僅是惰性的氦氣，既不會留下大量輻射廢料，也不必擔心福島那樣的堆芯熔毀事故的發(fā)生，簡直是完美的清潔能源。

當然，要想利用這種級別的能量也不是一件易事。由于原子核之間天然存在巨大的電排斥力，因此就需要上億攝氏度的高溫，使得原子核高速運動，以克服它們之間排斥力。

當然，光是高溫還不夠，還得讓足夠多的原子核“擠”在一起發(fā)生反應，即超高壓的環(huán)境。最后，還需要一種可以“裝下”這一反應的“容器”。而核聚變反應動輒需要上億度，地球沒有任何材料可以承受如此的高溫。

這三個關鍵難題，極端高溫，超高壓環(huán)境，穩(wěn)定約束容器，構成了可控核聚變研究的核心挑戰(zhàn)。

當前的突破

當前，主要有兩種核聚變技術路線。一種是利用環(huán)形磁約束裝置（托卡馬克），其核心結構是由超導線圈構建的環(huán)形強磁場，通過這個強大的"磁場籠"將上億度高溫的等離子體穩(wěn)定懸浮在真空腔內，從而實現(xiàn)可控熱核聚變反應。

另一種是美國的慣性約束，即激光點火裝置，利用高能激光瞬間照射氘氚燃料微型靶丸，使其外層爆炸產生內向沖擊波，壓縮靶丸核心至超高溫高壓，反應類似氫彈內爆過程。在溫度達到1億攝氏度，壓力超過1000億大氣壓時可發(fā)生聚變反應。

目前，人類對這兩種方式的核聚變研究都已初有成效。2006年，我國建成世界首個全超導托卡馬克裝置“東方超環(huán)（EAST）”，并在今年1月份，刷新了在1億攝氏度下，高約束等離子體長達1066秒的新記錄。

而美國的國家點火裝置（NIF），2022年首次實現(xiàn)了能量凈增益，即輸出能量（3.15 MJ）略超激光輸入能量（2.05 MJ）。這雖然只是一瞬間的火花，卻讓人類看到了“點火成功”的曙光。

今年4月26日，在上海的“好望角科學沙龍”上，國家工程院院士李建剛表示，最遲要在2030年，在中國點亮第一盞“核聚變燈”。

未來的展望

按照計劃，2027年，我國將完成在建的緊湊型聚變能實驗裝置（BEST），該裝置將在EAST的基礎上，首次實現(xiàn)核聚變發(fā)電。而在2030年，我國將建成世界首個核聚變示范電站，完成從實驗室技術到工業(yè)實踐的過渡。

專家指出，未來10--20年是小型核反應堆發(fā)展的關鍵機遇期。相比傳統(tǒng)大型反應堆，小型堆具有建設周期短，投資和退役成本低，選址靈活的獨特優(yōu)勢。目前，我國已建成全球首個具有第四代特征球床式高溫氣冷堆，并且也有望建成首個陸上小型壓水堆"玲龍一號"。

核聚變能的應用對人類社會的影響將是立竿見影的。舉例來說，到2030年，我國數(shù)據(jù)中心的耗電量預計會達到4000億度，這相當于2020年的兩倍，而這些支撐互聯(lián)網(wǎng)，人工智能的數(shù)字心臟全年無休，傳統(tǒng)火電不僅成本高昂，碳排放問題也令人頭疼。

如果實現(xiàn)小型聚變電站的建造，就能提供24小時穩(wěn)定，零碳的電源。因此，小型堆聚變電站，有著廣泛的商業(yè)前景。

未來“小型堆+大型聚變電廠”的雙引擎組合，可能對顛覆如今的能源格局。前者就像靈活分布的充電樁，適合給工業(yè)園區(qū)小區(qū)域供電；而后者則是超級大電站，可以為整座城市提供源源不斷的動力。這一革命性轉變，或將引領全球能源產業(yè)進入碳中和新時代。

當然，在科學家的理性規(guī)劃里，核聚變也并非是未來能源的全部。所有清潔能源都值得傾注全力。未來的能源網(wǎng)絡，可能是太陽能，風能，沿海的大型核聚變電站，工業(yè)園區(qū)等區(qū)域則配備小型反應堆相互協(xié)同配合，優(yōu)勢互補，最終推動人類社會徹底告別化石能源。

結尾

人類掌握一步步突破核聚變技術的過程，就像人類最早馴服火焰，發(fā)明蒸汽機，掌握電力一樣，都是在改寫生存規(guī)則，更是人類文明可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。雖然從實驗室走向實際應用的道路充滿，但科學家們展現(xiàn)的實力和決心，讓我們完全有理由保持信心。

當我們幾十年后回望今天時，或許會發(fā)現(xiàn)，當下我的我們就站在人類文明發(fā)展的關鍵節(jié)點上。這盞即將點亮的"核聚變燈"，承載的不僅是我國科技創(chuàng)新的夢想，更是全人類對未來清潔能源的共同期待。而你我，都將是見證這場能源革命的見證者。