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人类能够实现可控核聚变吗？答案很纠结

来源：爱乐趣网时间：2020年08月08日 02:51

原标题：人类能够实现可控核聚变吗？答案很纠结

核聚变能产生巨大的能量。太阳就是依靠核聚变发光发热。海水中含有核聚变燃料氘的总量约40万亿吨。一升海水中含30毫克氘，完全聚变所释放的能量相当于340升汽油的能量。

图1 核聚变原理

但是，核聚变非常难。一是如何将聚变材料加热到上亿度的高温？二是用什么容器来装温度这么高的聚变材料？人类只能在原子弹的帮助下才能引发核聚变即氢弹。

可控核聚变更难：既要有上亿度的高温，还要有足以抗热的容器，更要有控制核聚变速度的办法和技术。

上世纪50年代。前苏联发明了托卡马克研发可控核聚变。

托卡马克装置利用螺旋形磁场约束高温等离子体，使其不与装置的内壁直接接触，实现核聚变反应，被称为“人造太阳”，是人类最有希望实现聚变能和平利用的科学途径。

图2 托卡马克装置

上世纪80年代，国际上建成了三个较大的托卡马克装置：美国的TFTR、欧盟的JET和日本的JT-60U。

图3 美国、欧盟和日本的托卡马克装置

1996年，日本JT-60U达到等效能量得失相当，即聚变产出的能量超过了输入的能量；这个装置曾达到4亿度的中心离子温度。1997年，欧盟JET获得聚变功率16.2兆瓦。这些实验证实了核聚变作为能源原理上的可行性。

上世纪80年代，国际上启动了ITER计划。几个大国联合起来建造一个很大的超导托卡马克装置，计划产生超过Pfusion500兆瓦的氘氚聚变功率，实现产出的能量10倍于输入的能量（聚变增益Q10），演示聚变能成为未来商用清洁能源的可行性。ITER是中国参加的最大的国际科技合作项目。

2007年，中国也建造了可控热核聚变实验装置“东方超环”（EAST超导托卡马克）。

图4 我国的“人造太阳”（EAST超导托卡马克）

2017年7月3日，中国东方超环实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行。2018年，“东方超环”实现了1亿度等离子体运行。

曙光在前。但可控核聚变真的能够遂人心愿吗？

人工可控核聚变既要有上亿度的高温，还要有足以抗热的容器，更要有控制核聚变速度的技术。这就明确地说明：可控核聚变是需要外力的。外力不协调，就可能形成灾难性的后果。况且可控核聚变的生成物未必就是稳定的元素，如果出现放射性物质，也会造成灾难。

太阳的核聚变是可控的。主要是因为有巨厚的非聚变层的包裹。也就是说，只有在太阳中心才会发生核聚变。这些聚变的产物并不能随意向外放射，只能从两极喷出。我们观测到的太阳风才是核聚变的最终产物。太阳的核聚变可控主要在于巨厚的包层和较小的出口。人工可控核聚变也要做到这两点。但氢弹爆炸是没有这两个条件的。托卡马克具有这两个条件吗？

路漫漫其修远兮，仍将上下而求索。但愿“东方超环”能够点亮第一盏核聚变圣灯，让人造太阳与日月同辉。

从人工可控核聚变的难度也可以看出：太阳核聚变的力量不是氢的万有引力，而是那个把氢元素旋聚在一起的太阳系旋涡力。

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