从几千年前钻木取火，到几百年前煤炭石油，再到如今的热核反应，人类使用能源的方式不断变化，那么有没有一种能源像太阳一样不断的释放光和热？

答案是“有”，那就是核聚变，也称“人造太阳”。

10月19日，我国新一代“人造太阳”——中国环流器二号M装置（HL-2M）等离子体电流突破2.5兆安，再创历史记录，同时迈出了核聚变点火的重要一步。

如果核聚变技术成功突破，那么人类将不再为能源发愁，也不会为了能源发动战争。

那么核聚变技术究竟有多难？它又能带来什么？

核聚变

核聚变最早于1932年由澳洲科学家马克·欧力峰发现，他发现两个较轻的原子核（氘、氚）可以结合为一个重原子核（氦），同时释放大量的能量。

核聚变是一个物理反应，因为它并没有产生新的事物，氕、氘、氚都是氢的同素异形体，它们的反应是发生在原子核层面上。而化学是在分子、原子层次上研究的物质。

自然界中最典型的核聚变就是太阳。几十亿年来，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，无休止地向外辐射着能量。

太阳的内部最充斥着质量很小的氢原子（主要是氘），在超高温（1500万℃）、超高压（3000亿个标准大气压）的环境中，核外电子挣脱原子核的束缚，使两个原子核相互吸引并碰撞在一起，发生聚合反应。

这种聚合反应产生大量的能量，并且形成新的元素氦，新形成的氦元素也可以作为原料重新参与到聚合反应中。

根据爱因斯坦质能方程E=mc2，原子核发生聚变时，有一部分质量转化为能量释放出来，只要微量的质量就可以转化成很大的能量。

这些能量究竟有多大呢？

太阳不断地释放能量，向四周辐射，达到地球的能量仅有22亿分之一，却创造了四季、孕育了万物、延续了生命。

按照估计，太阳一秒钟就差不多有6亿吨的氢燃烧成大约5.96亿吨的氦，产生的能量相当于数万亿颗原子弹。

因此可以得出：

1公斤的氢聚变=6.3x10^14焦耳能量，约等于150573.6吨TNT当量

1公斤氘氚聚变=3.37x10^14焦耳，约等于80544.9吨TNT当量。

2021年全世界范围内用电量达到28.466万亿度。

1度电=360万焦耳

计算可得：全世界一年的所有耗电量，差不多需要不到4吨的核聚变燃料！

地球上含有核聚变原料最多的地方就是大海，一升海水中大约含有30毫克氘，这些氘发生核聚变相当于340升汽油燃烧的能量。

如果把海水中的氘全部提炼出来，大约有40万亿吨，其释放出来的能量足够人类使用100亿年。

因此，核聚变也被称为“终极能源”，多个国家都在研发这项技术。

世界各国可控核聚变技术如何？

世界各国为了彻底解决能源问题，纷纷投入巨资展开研发。

据了解，可控核聚变的实现方式主要有两种：

第一种、惯性约束核聚变。通过激光将环境温度提高，使核聚变原料变为离子态，之后在反冲作用力下极度压缩，发生核聚变，产生巨大能量。

第二种、磁约束核聚变。在密闭的空间内通过加热制造高温高压环境，然后施加一个特殊的磁场，使核聚变原料发生反应，最终形成核聚变，释放大量能量。

磁约束核聚变技术源自苏联，它需要一个巨大的能量，以产生一个可以约束核聚变的磁场。因为这个能量已经超越了核聚变本身的能量，因此被很多人认为“不可能”。

而惯性约束核聚变则不同，理论上投入0.25MJ能量，可以产生1.3MJ的能量。投入产出比高达1:5，绝对是不错的买卖。

磁约束核聚变在技术方面更加成熟，更容易实现，届时只要把投入产出比提高上来，就可以实现了。

而惯性约束在技术方面要求更高，目前连稳定反应也无法保障，距离落地应用还很远。

究竟哪种方向是正确的，大概只有研发成功后才能确定。各大国家为了确保方向正确，大都选择了两种方案同时进行。

磁约束核聚变：

上世纪50年代，苏联发明了托卡马克装置，磁约束核聚变研究便进入了高歌猛进的时代。

1996年，日本托克马克JT-60装置实现了等效能量，即：输出能量=产生能量，同时产生了4亿℃的中心离子温度。

1997年，欧洲核聚变装置JET，创造了21.7兆焦耳的能量输出记录。

2021 年 12 月，JET再创新纪录，将氘和氚加热到了 1.5 亿摄氏度并稳定保持了 5 秒钟，同时核聚变反应发生，原子核融合在了一起，释放出59 兆焦耳（MJ）的能量。

2022年10月19日，我国新一代“人造太阳”——中国环流器二号M装置（HL-2M）科学研究再获新进展，HL-2M等离子体电流突破100万安培（1兆安），创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。

惯性约束核聚变：

2021年8月，美国的核聚变装置NIF在万分之一秒内产生了1.3兆焦耳的能量，不过仍小于启动核聚变过程所需的1.9兆焦耳。

NIF采用了惯性约束核聚变技术。它将192条激光束集中在一个花生米大小的、装有重氢燃料的目标上。

每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴含180万焦耳能量的脉冲紫外光，当这些脉冲撞击到目标反应室上，它们将产生X光。利用X光将把燃料加热到一亿度，并施加足够的压力使重氢核生聚变反应。

最大的核聚变项目当属国际热核聚变堆（ITER），该项目计划35年，其中建造阶段10年、运行和开发利用阶段20年、去活化阶段5年。是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划。

该计划成员国有美国、欧盟、俄罗斯、中国、印度、日本、韩国。

如果ITER计划实验成功，那么人类将大规模的使用核聚变能量，从根本上解决能源问题，整个人类进程或将实现飞跃。

可控核聚变的难点在哪？

可控核聚变的难点主要有两个：1、如何长时间保持等离子状态2、用什么容器来装1亿℃的等离子。

什么容器能够承受1亿℃的高温呢？钢铁、金银等等均做不到，甚至自然界中根本找不到这种物质，但是苏联人却找到了方法。

当氢原子达到1亿℃以上时，会发生离子化，如果用一个超强的磁场控制住这种离子，让它处于悬浮状态，不和容器直接接触，这就是托卡马克装置。

那么强磁场就成为了可控核聚变商用的关键。

如何产生强磁场呢？实验发现，当强电流通过超导线圈时，可以产生20T以上的磁感应强度，足以制造一个强磁场。

于是，铜、铌三锡、铌钛等材料先后被拿来试验，结果都不太满意。要么无法承受过长的试验时间，要么需要极低的冷却温度。

2019年6月，《自然》杂志报道：美国强磁实验室使用YBCO和铜的混合材料，实现了45.5T的稳定强磁场。指明了高温超导材料的研发方向。

美、日、韩、德等企业先后研发出高温超导材料。国内上海超导和苏州新材料也研制成功了千米级高温超导带状导线REBCO。

目前高温超导材料因为造价、性能等多方面原因，使用场景主要在研发方面，未来随着技术更新、产业化加速，必将使用在商业场景上。

3000秒才具备商业价值

我们可以通过大电流、激光聚集等方式将氢原子加热至1亿℃，实现等离子体运行，但却无法保持这种状态。

世界上核聚变最长时间为1056秒，这项记录由中科院合肥物理研究所于2021年12月30日创造，打破了美国创造并保持的440秒世界纪录。

上亿℃，几百个大气压，这种苛刻的条件下能保持1000秒已经相当不易，但距离真正的商用还有一段时间。

根据多项数据论证，核聚变需要维持3000秒左右，才能实现商用。

因此，如何长时间保持等离子状态，用什么容器来装1亿℃的等离子，成为遏制核聚变进一步发展的难题。

要想解决这些难题，需要时间和技术。

写到最后

我国环流器二号M装置（HL-2M）等离子体电流突破2.5兆安，再创历史新纪录，标志着我国在核聚变领域进入世界前沿。

这为我国深度参与国际热核聚变堆（ITER）试验及自主设计运行聚变堆具有重要意义。

相信随着技术不断地进步，未来某一天核聚变将成功商用，成为真正的“终极能源”，人类将不再为能源发愁。

我是科技铭程，欢迎共同讨论！