簡(jiǎn)單地說(shuō)，人造太陽(yáng)就是可控核聚變，是人類(lèi)將太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的機(jī)制在地球上加以運(yùn)用。

近日，媒體熱炒，老美的可控核聚變?nèi)〉弥卮笸黄?。?duì)于這個(gè)“重大突破”說(shuō)法，一些人向燈向火說(shuō)法不一，主要有兩個(gè)極端：一種是認(rèn)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(rèn)為那么芝麻綠豆點(diǎn)大的“突破”就吹到天上去了，實(shí)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(lái)通俗地說(shuō)說(shuō)，讓所有關(guān)心這件事的瓜友們弄個(gè)明白。

先簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)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(shí)釋放出巨大能量的過(guò)程。太陽(yáng)核心的核聚變是氫原子不斷融合成氦原子的過(guò)程。這是迄今為止人類(lèi)認(rèn)識(shí)到最高效清潔的能源，科學(xué)家們一直想將太陽(yáng)這種可控核聚變的發(fā)光發(fā)熱機(jī)制，在地球上實(shí)現(xiàn)，因此又叫人造太陽(yáng)。

核聚變其實(shí)早就有了，就是氫彈爆炸，這種核聚變方式在上世紀(jì)五十年代就有了，象征著人類(lèi)開(kāi)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(dòng)地，卻只能用于戰(zhàn)爭(zhēng)和威懾，并沒(méi)有給人類(lèi)社會(huì)生活帶來(lái)什么好處。

于是科學(xué)家們開(kāi)始研究如何讓這種巨大能量緩慢釋放，也就是所謂實(shí)現(xiàn)核聚變的可控性，這樣才能造福社會(huì)和人類(lèi)?，F(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(chǔ)量非常豐富，每升海水的氘提取出來(lái)，通過(guò)核聚變產(chǎn)生的能量就相當(dāng)于300升汽油。

可見(jiàn)，如果可控核聚變開(kāi)發(fā)成功，核燃料在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期是取之不盡用之不竭的，這樣就能夠完全緩解能源危機(jī)。而且可控核聚變是完全無(wú)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(shí)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(yùn)用卻很難很難，主要是在地球上實(shí)現(xiàn)核聚變，沒(méi)有也無(wú)法制造出太陽(yáng)核心3000億個(gè)大氣壓的極高壓力，為了維持核聚變持續(xù)不斷進(jìn)行，只能提升等離子體溫度，這樣就需要1億度高溫才能運(yùn)行。

由此就產(chǎn)生了三大困難：一是采用什么樣的容器來(lái)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(lái)，且輸出能量大于輸入能量。

地球上是沒(méi)有任何材料能夠耐受1億度高溫的，甚至萬(wàn)分之一也達(dá)不到，熔點(diǎn)最高的單金屬是鎢，3380℃就融化了；熔點(diǎn)最高的合金是鉿，4215℃就融化了。這些溫度與1億度相比，實(shí)在太渺小了，渺小得只有不到2萬(wàn)分之一。

科學(xué)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(yáng)這樣的巨大恒星，依靠自身引力，也就是依靠3000億個(gè)大氣壓，將核聚變束縛在核心。這種方式在地球上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，只能另辟蹊徑。

第二種就是磁約束。因?yàn)榈入x子體是帶電的，具有一定速度的等離子體進(jìn)入磁場(chǎng)后，會(huì)受到沿磁力線的約束，在磁場(chǎng)中做螺旋式回旋運(yùn)動(dòng)。這樣通過(guò)人工制造一個(gè)強(qiáng)大的磁力阱，就能夠?qū)⒏邷氐入x子體約束在這個(gè)“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(qiáng)大壓力，實(shí)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?cè)涎杆傧谙蛲饷土覈娚?，巨大的反作用力形成向?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(kāi)發(fā)可控核聚變的方式和進(jìn)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(kāi)發(fā)進(jìn)展極為緩慢。前蘇聯(lián)從上世紀(jì)五十年代開(kāi)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(guò)去了，托卡馬克裝置一再改進(jìn)升級(jí)，在歐美俄中日韓印等國(guó)一直在試驗(yàn)中，進(jìn)展艱難而緩慢。中國(guó)作為第四個(gè)擁有自主設(shè)計(jì)的托卡馬克裝置的國(guó)家，在低溫超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)等方面上了新的臺(tái)階，實(shí)現(xiàn)了7000萬(wàn)度長(zhǎng)脈沖等離子體維持運(yùn)行1056秒，等離子體溫度1.2億度運(yùn)行101秒的世界領(lǐng)先成就。

歐洲日本等國(guó)的磁約束核聚變也不斷取得進(jìn)展，但這些進(jìn)展都還停留在如何將高溫等離子體持續(xù)燃燒的時(shí)間延長(zhǎng)上，也就是上面說(shuō)的第二個(gè)難題。而第三個(gè)難題，如何將核聚變的能量輸出來(lái)，且要輸出大于輸入，一些研究還幾乎沒(méi)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(shuō)明核聚變得到的效率越高，一般認(rèn)為，要Q值大于10時(shí)，也就是輸出能量是輸入能量的10倍以上時(shí)，可控核聚變推上商業(yè)運(yùn)用的時(shí)機(jī)才算成熟。

美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)的托卡馬克裝置實(shí)驗(yàn)一直在Q值上下功夫，但得到的數(shù)值一直停留在上世紀(jì)90年代。聯(lián)合歐洲環(huán)JET曾經(jīng)達(dá)到Q值0.65，持續(xù)時(shí)間2秒；1997年12月，日本曾宣布在自己的JT-60上成功進(jìn)行了氘-氘反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，Q值超過(guò)了1.25～1.3。但這些消息發(fā)布后，幾十年過(guò)去了，再也沒(méi)有下文。

中國(guó)的EAST全超導(dǎo)托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置雖然時(shí)不時(shí)有一些重大進(jìn)展的消息，但在Q值問(wèn)題上沒(méi)有任何披露，只有一個(gè)規(guī)劃，在2025年實(shí)現(xiàn)Q=5，2030年實(shí)現(xiàn)Q=10，并初步達(dá)到穩(wěn)態(tài)發(fā)電1GW（100萬(wàn)千瓦）。但現(xiàn)在達(dá)到了多少呢？不知道。

一直到今年五月，一家叫First Light Fusion的英國(guó)公司另辟蹊徑，采用慣性約束機(jī)制取得了可控核聚變的新突破。這是通過(guò)一種高速?gòu)椛浼夹g(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(dá)到10億個(gè)大氣壓，導(dǎo)致燃料塊高速自爆，實(shí)現(xiàn)核融合。

這是在過(guò)去采用昂貴激光實(shí)現(xiàn)慣性約束的一種新突破，將大大降低未來(lái)可控核聚變的成本，公司揚(yáng)言，在2030年有可能開(kāi)辦實(shí)驗(yàn)工廠產(chǎn)生電力，但這個(gè)突破依然沒(méi)有產(chǎn)生Q值。

老美的這次“突破”，攪動(dòng)了可控核聚變Q值幾十年沒(méi)動(dòng)靜的一潭死水

美國(guó)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了“核聚變點(diǎn)火”，稱(chēng)這一“重大科學(xué)突破”將為國(guó)防及清潔能源未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。這個(gè)調(diào)門(mén)非常高，說(shuō)明老美對(duì)這次“突破”認(rèn)定很高。

這次突破具體是怎樣的呢？事實(shí)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(shuō)來(lái)，是在一部叫做“國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施（NIF）”的裝置上，采用192臺(tái)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(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)了Q值≈1.54。

這當(dāng)然是一個(gè)巨大突破，在可控核聚變開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有里程碑意義。但由此認(rèn)為可控核聚變距離進(jìn)入民用已經(jīng)很近了，就大錯(cuò)特錯(cuò)了。事實(shí)上，做出這項(xiàng)研究成果的科學(xué)家們也并沒(méi)有忘乎所以，他們警告說(shuō)，盡管已經(jīng)取得了突破性成功，但實(shí)現(xiàn)可控核聚變目標(biāo)的路還很長(zhǎng)，很艱難。

要知道，這個(gè)突破還只是實(shí)驗(yàn)室計(jì)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(gè)美式足球場(chǎng)大的裝置，192臺(tái)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(diǎn)點(diǎn)能量實(shí)在可憐，與整個(gè)巨大裝置所消耗的人財(cái)物是無(wú)法類(lèi)比的。

而且，NIF只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，并不是一個(gè)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(diǎn)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(lái)的路還很漫長(zhǎng)和很艱難。

那么，未來(lái)的Q值突破，并且真正推上商業(yè)運(yùn)用的會(huì)是誰(shuí)呢？在這些科學(xué)技術(shù)的較量中，最終花落誰(shuí)家？我很期待中國(guó)真的像規(guī)劃那樣，在2030年達(dá)到Q值=10，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)發(fā)電1GW，這樣的話，很可能中國(guó)會(huì)率先點(diǎn)亮可控核聚變第一盞民用之燈。

但最重要的不是說(shuō)，更不是自嗨，而是謙虛謹(jǐn)慎持續(xù)地努力。因此，我們既要看到和承認(rèn)人家的進(jìn)步，揚(yáng)己之長(zhǎng)克己之短，才能最終實(shí)現(xiàn)超越。一切科學(xué)進(jìn)步都是人類(lèi)文明的進(jìn)步，我期待著中國(guó)的進(jìn)步，也樂(lè)意看到世界的進(jìn)步，這就是我的態(tài)度。

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