可控核聚变一百年够吗？中国核聚变1.2亿℃达101秒，大破世界纪录

可控核聚变实验装置其中一种类型是仿星器，仿星器于1951年在普林斯顿大学实验室诞生。

在1954年，另一种类型是托卡马克装置，第一个托卡马克装置在原苏联库尔恰托夫原子能研究所建成。

当时人们乐观地认为，五十年后，可控核聚变应用就普及了，可惜，过去了70余年，现在的科学家们仍然在跟自己的弟子们说，“五十年后，可控核聚变应用就普及了”！

70余年来，人类的科技和生活发生了翻天覆地变化，但是在能源革新方面，一直没有太大的突破。现在依旧是煤炭、石油为主，辅助以水电、光伏、风电和核电（裂变）。

说好的五十年，结果五十年后又五十年，五十年后还有五十年……

我们不禁要问可控核聚变再过一百年能实现广泛应用吗？

小天认为，由于难度太大，一百年或许不够，但是，我希望我们下一代能看到可控核聚变的广泛应用。

简单科普下可控核聚变的进展和难度。

前面提到了人类目前两种主要的可控核聚变装置：仿星器和托卡马克装置，他们都是磁约束核聚变，还有一种可控核聚变方式是激光约束（惯性约束）核聚变，美国对此项研究比较多。

可控核聚变装置不止是仿星器和托卡马克装置，还有其他的反场箍缩磁约束聚变实验装置，还有磁镜和球形环磁约束方法。

可控核聚变的燃料可以是氢的同位素氘（dāo氢2，重氢，D）、氚（chuān氢3，超重氢，T)，这两种地球的大海里有很多，可以认为是无穷无尽的。当然，提取氘和氚元素还是比较麻烦的，成本还是有一些高。

最适合可控核聚变的燃料是氦的同位素氦-3，氦-3在地球上很稀少，好在月球上有很多。因为使用氦-3的可控核聚变反应堆中没有中子（氦-3与氘进行热核反应只会产生没有放射性的质子），故使用氦-3作为能源时不会产生辐射，不会为环境带来危害。根据月球探测的结果，月球上的氦-3含量估计约100万吨以上。据悉100吨氦-3便能提供目前全世界使用一年的能源总量。

核聚变需要高温高压才会开始反应，人类目前的科技达不到太高的压力，只好把反应温度提上去，在目前人类科技水平下，我们把温度提到1亿℃将可开启核聚变。

仿星器可以用麻花来比喻其形象，这根麻花拧成一个圆圈，首尾相连地无缝衔接在一起。类似于一个在三维空间内连续变换的莫比乌斯环。仿星器的优点之一是，高温等离子体可以全部依靠外场的约束稳定运行。

相比之下托卡马克装置，则是依靠外磁场与等离子体电流产生的磁场耦合。如果等离子体一旦受到干扰或者因某种未知的情况而变得不稳定，整个系统将面临崩溃的风险。所以，这也是每次托卡马克装置测试都如临大敌一样的原因，需要非常谨慎地进行实验。

从理论上来讲仿星器的连续点火比托卡马克装置的脉冲点火更容易控制。

仿星器有一个巨大的劣势，是仿星器对其加工工艺的要求极端的苛刻，整套设备的工程量异常复杂。

关于磁约束的可控核聚变，无论是仿星器还是托卡马克装置，都面临着共同的最核心的三要素难题，便是高温、高密度、以及长时间的约束问题！

高密度的等离子体并不是一种很安分的东西，根据雷诺数的公式Re=ρvd/μ，被电磁场束缚的高密度等离子体，拥有较大的雷诺数，任何微小的扰动都会使整个由等离子体构成的体系产生紊乱、不规则的湍流。

就此问题而言，仿星器在约束等离子体上具备一定的优势，比起托卡马克来说需要少考虑很多扰动因素。

现阶段可控核聚变技术在理论领域所面临的瓶颈之一，便是难以针对特定聚变装置中的等离子体，建立一个可靠的理论模型。

NS方程的存在性与光滑性是数学的世纪难题，然后，满足NS方程的粘性流体的湍流现象更是物理学的世纪难题，可控核聚变相关的“等离子体的湍流现象”，便属于这个世纪难题中的一环。

谁（个人或组织）能解决“等离子体的湍流现象”，必定会获得诺贝尔物理学奖，毫无疑问！同时，TA（个人或组织）也将让人类可控核聚变能源研究和利用大大的往前跨一步，或许TA让我们节省了五十年的努力。

只有理论指导实践，才能够解决长时间约束上亿摄氏度的高密度等离子体问题！

我们还需要解决解决高温高密度等离子体辐照对第一壁材料的损伤问题。对于可控核聚变装置来说，结构和功能材料由于高浓度辐照缺陷和核反应产物的积累会发生严重的肿胀和脆化，从而导致核心部件以及连接结构材料性能的整体下降。

可控核聚变产生的高速运动的中子像子弹一样击中了第一壁材料上紧密排列的原子，这些被击跑的原子会跑到第一壁材料中其他的位置，长时间的辐照，第一壁材料就慢慢的像空心泡沫一样发生肿胀，表面也将凹凸不平带有毛刺！

最后，想要能长时间稳定运行，除了理论和材料问题之外，还有至关重要的AI智能控制系统，该系统需要实时恰当地调整可控核聚变装置的磁约束，保障可控核聚变装置长期安全运行。

基于这些简单的科普知识，我们能知道想要实现可控核聚变是多么的困难，所以，一百年真不一定够用！

可控核聚变是一个长期大投入的超级项目，是全人类的福利项目，所以有全世界主要国家参与的ITER计划组织长期在进行研究。ITER计划在原则上是不带核不扩散条约之外的国家玩的，因为激光点火聚变其中一个主要功能便是模拟氢弹爆炸。

说到长期投入的超级项目，我国有着巨大的持续性优势，不管是政策的持续性，研发经费投入的持续性，还是相关部门及项目人员强大的执行力，我国都有着突出的优势。

小天希望我国能率先为人类带来可控核聚变的福利！

最后，我们要恭喜中国核聚变1.2亿℃运行达101秒，把世界纪录拔高了5倍！

5月28日，中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST，东方超环）创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。

一般可控核聚变实验都是灌入氢气（氕），而不是核聚变燃料氘和氚，1.2亿摄氏度高温，持续运行101秒已经很了不起了。

当然，我们可以想象到，可控核聚变能够广泛应用的前提，必然是能够稳定运行数年之久。

现在我们还仅仅是进行 101秒的模拟实验，还不是真正的核聚变实验，就算有了真正的核聚变实验，如何散热，如何利用高温高密度等离子体中的能量，这些都是巨大的挑战。

可控核聚变未来广泛应用的路还很长很长……

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