“完美能源”
Nuclear fusion
可控核聚变
前言
挂在天空当中的太阳大家每天都能看得到，但是你可能不知道它的本质也是一个巨大的核聚变反应堆，而比原子弹威力更大的氢弹弹芯也是运用了核聚变的原理。不过氢弹的爆炸并不可控，而想要攻破核聚变大关，就要做到可控核聚变，通过控制核聚变释放能量的过程，调节能量的大小，用于未来不同的行业和领域的需求。在传统能源越发匮乏的当下，可控核聚变成了各国科学家的重要研究课题，海水经过处理之后就能提供核聚变的燃料，而海洋当中占到了地球面积的71%，几乎可以说是取之不尽、用之不竭，因此可控核聚变可以算得上是无限能源，这也正是它的优势之一。
可控核聚变是一种利用氢同位素之间的核反应来释放巨大能量的技术，它被认为是未来的清洁、安全、可持续的能源之一。本文将从以下几个方面介绍可控核聚变的原理、进展和挑战。
可控核聚变的原理
可控核聚变是指在高温高压的条件下，使氢同位素（如氘和氚）的原子核相互碰撞并结合成更重的原子核（如氦），同时释放出大量的能量。这种过程在太阳和恒星的内部自然发生，是宇宙中最常见的能源形式。人类想要实现可控核聚变，就需要模拟太阳的环境，让氢同位素达到足够高的温度（约1亿摄氏度）和密度（约1000克/立方米），并保持足够长的时间（约几秒钟）。
可控核聚变的进展
为什么我们还没有用到可控核聚变技术发出的电呢？原因就在于核聚变苛刻的反应条件——上亿度的高温，这几乎是太阳内部的环境。目前，人类尝试实现可控核聚变的主要方式有两种：磁约束和惯性约束。磁约束是利用强磁场将高温高密度的氢等离子体固定在一个环形或球形的空间中，防止其与容器壁接触而冷却。惯性约束是利用强激光或粒子束将微小的氢囊泡从各个方向同时压缩和加热，使其在极短的时间内达到核聚变所需的条件。
20世纪30年代以来，科学家们就一直在寻求利用核聚变发电的方法。最初，这些研究都是各搞各的。然而，人们很快就发现，这种复杂而昂贵的研究只能通过协作来实现，于是就诞生了国际热核聚变实验堆计划的项目，简称ITER。目前该反应堆的完成率超过70%，预计在2035年进行氘氚聚变实验，在2050年左右实现核聚变商业应用。
我国从独立自主的角度出发，集中力量办大事，打造了属于中国人自己的聚变工程实验堆，简称CFETR。2021年5月，中科院的“东方超环EAST”实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒，和1.6亿摄氏度20秒的等离子体运行，创造了新的世界纪录。不久之后，在同年12月，东方超环实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置实现的最长时间。2022年，中核西南物理研究院的环流器二号M装置（简称HL-2M）实现了1.5亿摄氏度的运行，百万安培等离子体电流的输出，创造了我国可控核聚变装置的运行新记录。
可控核聚变的挑战
虽然人类已经取得了一些可控核聚变的突破，但距离实现商业化运用还有很长的路要走。可控核聚变面临的主要挑战有：如何提高等离子体的温度、密度和约束时间，以达到点火条件；如何有效地捕获和利用核聚变产生的中子，以转化为电能；如何解决核聚变产生的放射性废料和材料损耗等问题；如何降低核聚变装置的建造和运行成本，以提高经济效益等。
可控核聚变的未来
既然有了无限的能源，煤炭、燃油的用处就没那么大了，人们当然就会抛弃，原本稀缺的石油变得无人问津，昂贵的价格一落千丈，他们就不再是中东国家的财富密码和独家武器，全球能源格局也会因为可控核聚变而重新洗牌，至少不会再有战争是因为抢夺能源而发生，这将令无数人欣喜。另外传统能源在燃烧过程当中还会排放二氧化碳和二氧化硫这些有害气体，造成温室效应，全球变暖，人民自然都会深受其害，但可控核聚变的排放物氦，并不会污染环境。
首先，所有的电器不再有插头，无线充电技术大量普及。其实当前无线充电技术已经实现，无非是无线通信电磁波的高能放大版，只是这样能量会以电磁波的形式耗散严重，但对于能源几乎无限的世界，耗散也无所谓，用于充电的电磁感应充斥着整个城市，汽车、自行车就在空中。飞行从不加油，地下也建起了巨大的城市，城市的穹顶直接显示着万米高空传来的天空图像。电就像空气一样随处都是。由于化石燃料也不再用了，环境几乎回到了工业革命之前，一切都是用清洁的电来驱动。
总结
可控核聚变是一种具有巨大潜力和挑战的能源技术，它可能会改变人类的能源结构和社会发展。我们期待着科学家们能够早日实现这一伟大的目标。
资料来源|网络
编辑排版|蒋依然 陈知瀚
现在执行主编|高小凤
总编|徐萌 李伟
审核|叶显伟 张曦
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