来自星辰的能量——核聚变

这个装置，叫HL-2A，全名叫做中国环流器2号A，是做可控核聚变的。

中国环流器2号A

HL-2A坐落在四川成都的核工业西南物理研究院，简称为核西物院。隶属于中国核工业集团。

某种程度上，这是中国最神秘的单位之一，他们要做的，就是核聚变。

一提到“核”，人们脑海里大多还停留在广岛原子弹的巨大蘑菇云。

广岛原子弹所产生的蘑菇云，图片来源：Sohu.com

所以，想到那些坐落在中国大地内陆，名字里有“核”的单位，人们总要问一句：“是不是在造原子弹啊？”

但事实上，原子弹是核能利用最原始的阶段，它背后的技术是核裂变。相较于核裂变，核聚变要更为“高级”。

核聚变，或者叫核融合，是指两个原子核结合成一个较重的核和一个极轻的核的反应。

在这个过程中，会有一部分物质质量“消失”掉了。根据爱因斯坦那妇孺皆知的方程，E=mc²，这部分“消失”质量会转变为巨大的能量。

核聚变是自然界最伟大的能量来源之一。天空中高悬的太阳，就是靠着核聚变产生着滋养人类的光芒。

太阳通过核聚变反应发光发热，图片来源：helloorf.com

核聚变，就是星辰的力量。

很遗憾，关于核聚变，我们听到最多的，仍然是武器。

氢弹，威力是原子弹的数百倍，基本原理就是核聚变。

只用作武器的话，我们未免太小看核聚变了。

自从1951年，美国氢弹爆炸实验成功后，人们一直绞尽脑汁想把这毁天灭地的力量加以利用。

也就是，可控核聚变。

目前，人类最给予厚望，是氘和氚的聚变反应。

这两种氢的同位素，经过聚变后可以形成一个氦核和一个中子，并放出巨大的能量。

氘和氚的聚变反应，图片来源：Wikimedia Commons

可控核聚变被认为是人类的终极能源。原因主要有三方面：

首先，核聚变的原料特别丰富，仅仅从一升海水里提炼的氘元素，通过聚变反应释放的能量，相当于300升汽油。再有，氘氚聚变几乎不产生污染物，更不会有温室气体排放；

在安全性上，聚变设备只要一断电，反应就会立刻停止。

然而，可控核聚变很难，真的很难！

有多难？

业内流传一个久远的笑话：

当人们问核物理科学家，“还要多久才能用上核聚变的电能？”

得到的答案永远是，“五十年之后”。

可控核聚变的难点主要有两个：

一是如何实现开启核聚变反应？

要引发两个原子核的聚变，需要提供巨大的能量。在氢弹中，为了达到聚变的能量要求，科学家们在氢弹中植入了一个原子弹。实际使用时，先引爆原子弹，产生瞬间的超高温，借以开启氢弹的核聚变过程。

但是，总不可能在发电站里不断引爆原子弹吧？

为了达到聚变需要的高温条件，人们提出了很多种解决方法，其中最为广泛采用的叫做中性粒子注入。

这种技术就是使用含有很高能量的粒子去撞击核裂变原料（氘和氚），从而将它们加热到超高温度。

多高呢？一亿度！

在如此高温下，物质已全部电离，形成高温等离子体。

顺便提一句，等离子体是区别于固、液、气的第四种物质形态，广泛存在于宇宙之中。雷雨天的闪电，就是一种等离体子。

有了这团一亿度的高温等离子体，随之而来的下一个问题是：用什么装啊？

地球上已知最耐高温的材料是钨，就是老式灯泡里的灯丝，它熔点只有3400℃左右。

如果没有材料能忍受核聚变的高温，那我们就只能不让氘和氚接触物质了。

为此，前苏联的物理学家创造性的提出了一种名为“托卡马克”的装置。

这种装置是如同一个缠满线圈的巨大轮胎，通电后可以在其内部产生极强的磁场，利用这磁场将超高温度的等离子体悬在真空之中。

联合欧洲唤醒托卡马克内部，图片来源：EUROfusion

这种灵光乍现的“托卡马克”装置，后来成了最主流的核聚变装置。

开头的那台HL-2A，就是用了托卡马克。

无论是核聚变的反应原理，还是用托卡马克控制等离子体，在物理学中，他们的原理都很简单，简单到高中课本就能翻到相关的概念。

但真正要做出能用的设备，那却是比“登天”还难。

这里的“登天”，是字面意义的。因为人类在半世纪前就实现了载人登月，但现如今，我们离商用化的核聚变发电，可能还有永远的“五十年”。

随着化石燃料储量减少，温室效应日益明显，人类可能等不了太久，

核聚变，需要全人类的努力。

1985年,欧美等国开始发起一项名为“国际热核聚变实验反应堆”项目，这个简称为ITER的项目，计划建造人类有史以来最大的托卡马克核聚变反应堆，而且目的也很直接：真正地用核聚变发电。

2006年，该项目正式开启，由欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度7方开展合作，其中，中国贡献9%的设备与经费。

2025年，ITER项目将进行首次测试，为了全人类。

作者：圆的方块

果壳

ID：Guokr42

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