文 | 青茶

前言

核聚变是当前最具前景的能源技术之一，它通过将氘和氚等轻原子核在极高温度下融合，释放出巨大的能量。

这与太阳内部的能量产生方式类似，但目前实现可控核聚变仍面临不少挑战。

如果成功，核聚变不仅能解决能源短缺，还能大幅减少污染，甚至可能改变汽车的动力方式。

可控核聚变一旦实现，100克的核燃料，可以让一辆汽车跑多远？

核聚变技术

核聚变（Fusion）是将轻原子核（如氘和氚）融合成较重的原子核，过程中释放出大量的能量。

核聚变与核裂变不同，后者是将重原子核分裂成较轻的核，释放出能量。

核聚变反应是自然界最普遍的能源来源，太阳、恒星和宇宙中的大部分能量都来源于此。

具体来说，氘和氚是氢的同位素，氘可以从海水中提取，氚则可以通过锂材料的反应获取。

当氘和氚核在足够高的温度和压力下相遇并发生融合时，它们会转化为一个较重的氦原子，并释放出中子和大量的能量。

这个过程释放的能量远高于核裂变。

与核裂变不同，核聚变的最大优势在于它几乎没有长期的放射性废物，且反应材料丰富，氘几乎可以从海水中获得，这使得核聚变成为一种理想的清洁能源解决方案。

为什么核聚变如此难以实现？

尽管核聚变的理论前景非常广阔，但其技术实现极为复杂。

最大的挑战之一是需要极高的温度和压力，来让氘和氚的原子核发生碰撞并融合。

这种温度需要达到1亿度以上，是太阳核心温度的数倍。

为了实现这一目标，科学家们需要制造出强大的磁场或使用激光进行压缩，以维持等离子体的高温状态。

另外，聚变反应产生的中子会对容器材料造成严重的辐射损伤，因此反应堆的材料必须具备极强的耐辐射能力。

如何从聚变反应中提取出稳定的能量并转化为可用的电力，也是一大难题。

尽管如此，全球多个科研机构依然在为实现核聚变技术的商业化而努力，并取得了一些重要的突破。

国际热核聚变实验反应堆（ITER）是目前全球最大的核聚变研究项目，旨在展示核聚变的可行性，并为未来的商用聚变电站提供技术基础。

聚变能源的来源非常丰富。海水中的氘几乎是取之不尽、用之不竭的，而氚可以通过锂与中子反应获取。

因此，核聚变可以为全球提供持续、清洁的能源。

与此同时，聚变反应的废料相对较少，并且其放射性会在短时间内衰减。

与核裂变不同，核聚变不会产生长期存在的高放射性废物，这使得核聚变在环保和可持续性方面具备巨大的优势。

核聚变的能源密度极高，它能够在不依赖传统化石燃料的前提下，满足全球能源的需求。

核聚变的能量潜力

为了更直观地理解核聚变的巨大潜力，我们可以通过计算100克氘氚混合物的能量释放来做一个简单的估算。

在核聚变反应中，氘和氚的结合反应释放出17.6兆电子伏特（MeV）的能量。

如果我们假设100克氘氚混合物中的50克氘和50克氚都参与反应，根据爱因斯坦的质能方程（E=mc²），可以计算出，100克燃料在理想情况下能够释放出63万亿焦耳的能量。

63万亿焦耳的能量相当于，燃烧3万吨煤或180万升汽油所释放的总能量！

拿普通家用汽车来说，假设百公里油耗8升汽油，那么每公里的能量消耗约为2.72×10^6焦耳。

用63万亿焦耳除以每公里的能量消耗，100克聚变燃料能够让汽车行驶大约2300万公里，相当于绕地球赤道575圈，或者地月往返30次。

这是一个几乎无法想象的数字，展示了核聚变能源的强大能量密度。

如果我们把目光转向电动车，核聚变的潜力更加显现。

以一辆电动汽车为例，假设其百公里能耗为15度电，即5.4×10^7焦耳。

那么，100克聚变燃料能够让这辆电动车行驶的距离，将是传统电动车的两倍以上。

这意味着，在未来，核聚变不仅可以驱动汽车，还可能成为电动车的理想能源来源。

当然，这一切的前提是能够实现小型化、稳定的核聚变堆。

如果能够克服目前核聚变研究中的诸多技术难题，未来的电动汽车可能不再依赖于充电站，而是通过更换小型核聚变燃料堆来提供能源。

可以想象，这将彻底改变全球交通能源的格局。但核聚变汽车的实现并不是一件简单的事情。

目前，核聚变装置的体积庞大，且重达几万吨，无法直接应用于汽车。

科学家们正致力于将核聚变反应堆进行小型化，以便能够安装到汽车中。

这是一个巨大的挑战，需要在聚变堆的设计、安全性、材料耐久性等方面做出重大突破。

另外，核聚变的技术仍处于实验阶段，目前能量输出仅能勉强维持几秒钟，而要实现长期稳定运行，还需要更多的技术创新。

即使技术上能够实现核聚变的小型化，如何确保其安全性也是一个巨大的挑战。

聚变堆中的高温等离子体和放射性物质的处理，需要极为严格的安全标准。

核聚变应用前景

如果核聚变能够在未来实现商用，它将彻底改变全球能源格局。

目前，全球能源主要依赖于化石燃料，导致了严重的环境污染和气候变化问题。

而核聚变作为一种清洁、可持续的能源形式，能够大幅度减少二氧化碳排放，为全球应对气候变化提供强有力的支持。

更为重要的是，核聚变能源的原料来源非常丰富。

海水中的氘几乎是取之不尽、用之不竭，而氚则可以通过锂材料制造。

相对于石油、天然气等传统能源，核聚变能源不仅能够为世界提供源源不断的能源，还能极大地减少能源生产和消费的成本。

在交通领域，核聚变技术的应用将带来革命性的变化。

随着电动汽车的普及，电池续航里程成为了消费者关心的焦点。

如果核聚变能够在电动汽车中得到应用，汽车的续航将不再受限于电池容量。

100克核聚变燃料能够驱动汽车行驶数百万公里，几乎达到了“永动机”的级别。

这样的能源将极大降低交通行业对石油的依赖，减少能源采购和运输的成本。

核聚变能源的清洁性也将对交通环境产生积极影响。

电动汽车的普及将有助于减少交通污染，而聚变能驱动的电动汽车，更是将能源的清洁与高效发挥到极致。

尽管核聚变的前景令人激动，但其技术仍处于早期阶段。

现有的聚变装置体积庞大、成本高昂，距离商业化还存在很长的路要走。

多个国家和公司都在积极投入资金与技术研发，如ITER、Helion、CFETR等项目在不断推进。

然而，核聚变的实现仍然面临着重重挑战，需要在材料、反应堆设计、能量转换效率等方面取得更多突破。

未来的核聚变技术将不仅限于汽车领域，还可能在发电、航天、工业等各个领域得到应用。

科学家们相信，一旦聚变技术突破瓶颈，将会迎来一个全新的能源时代。

结语

核聚变作为一种几乎无限、清洁且高效的能源形式，代表着人类对未来能源的无限希望。

尽管核聚变的商用之路充满挑战，但全球各国的研究机构和企业正在努力克服技术难题。

随着技术的不断进步，我们有理由相信，核聚变将成为未来能源的主力军，彻底改变全球能源格局、交通行业乃至整个社会的发展方向。

核聚变的未来不仅仅是科学家的梦想，它可能将在我们的这一代实现，为我们提供前所未有的清洁能源，推动全球经济向可持续发展迈进。

而那时，汽车不仅仅是出行工具，它可能将成为能源技术革命的象征。