人類距離可控核聚變還有多遠(yuǎn)？“人造太陽”：能源自由的愿景(2)

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2025-02-08 15:53:28 光明網(wǎng)

可控核聚變作為典型的前沿性、顛覆性技術(shù)，未來一旦實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，將徹底改變世界能源格局，保障我國(guó)未來能源安全。

“人造太陽”從“核”而來

用1升水“釋放”燃燒300升汽油的能量

核聚變是將較輕的原子核聚合反應(yīng)而生成較重的原子核，并釋放出巨大能量。

1952年，世界上第一顆氫彈成功試爆，讓人類認(rèn)識(shí)到氘氚核聚變反應(yīng)的巨大能量。但氫彈爆炸是不可控的核聚變反應(yīng)，不能提供穩(wěn)定的能源輸出。從此，人類便致力于在地球上實(shí)現(xiàn)人工控制下的核聚變反應(yīng)（即可控核聚變），希望利用太陽發(fā)光發(fā)熱的原理，為人類鋪展能源自由之路。因此，人們也將可控核聚變研究的實(shí)驗(yàn)裝置稱為“人造太陽”。

氘氚聚變作為能源，具有明顯優(yōu)勢(shì)。首先，氘氚聚變所需燃料在地球上的儲(chǔ)量極為豐富。氘大量存在于水中，每升水可提取出約0.035克氘，通過聚變反應(yīng)可釋放相當(dāng)于燃燒300升汽油的能量；氚可通過中子轟擊鋰來制備，在地殼、鹽湖和海水中，鋰大量存在。其次，氘氚聚變反應(yīng)不產(chǎn)生有害氣體，無高放射性活化物，對(duì)環(huán)境友好。

然而，“人造太陽”維持自身燃燒的條件非?？量?。英國(guó)科學(xué)家勞遜在20世紀(jì)50年代研究了這一條件的門檻——也被稱為聚變點(diǎn)火條件。據(jù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)可觀的氘氚聚變等離子體離子溫度要大于1億攝氏度，等離子體密度、溫度和等離子體能量約束時(shí)間的乘積（“三乘積”）大于5×1021千電子伏特·秒/立方米。

數(shù)十年來，國(guó)際上探索了眾多核聚變路線。目前，實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)主要有引力約束、磁約束、慣性約束3種方式。太陽因本身質(zhì)量巨大，可通過巨大引力，在極端高溫高壓的環(huán)境下發(fā)生引力約束核聚變反應(yīng)。而在地球上，實(shí)現(xiàn)可控核聚變主要有磁約束核聚變、激光慣性約束核聚變兩種方式。激光慣性約束核聚變可以采用激光作為驅(qū)動(dòng)器壓縮氘氚燃料靶丸，在高密度燃料等離子體的慣性約束時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)核聚變點(diǎn)火燃燒。采用強(qiáng)磁場(chǎng)約束等離子體的方法把核聚變反應(yīng)物質(zhì)控制在“磁籠子”里面，就是磁約束核聚變。

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