中国“人造太阳”再创纪录,可控核聚变的实现原理是什么
创始人
2025-10-27 14:41:26
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温度比太阳还高的“人造太阳”到底是什么?为什么它的成功,就代表无限能源?

就在今年国庆节这天,位于安徽合肥的紧凑型聚变能实验装置(BEST)主机的首个关键部件——杜瓦底座成功落位安装,精度达到毫米级,这是世界首个紧凑型可控核聚变装置。据新华社官网透露,2027年中国将实现可控核聚变发电演示,有望在2030年用可控核聚变发出的电,点亮人类第一盏灯。

如果实现,那么对整个人类文明乃至地球上所有生物而言,意义都是巨大的。因为从蓝藻开始算起,35亿年以来地球上99.999%的生物都是靠着太阳而活。这一次,地球生物终于有自己可以控制的“太阳”了。

可控核聚变的实现原理是什么?

不管是核聚变还是核裂变,它们的底层逻辑就是质量亏损转换为能量。核聚变的原材料是氢的两种同位素,氘和氚。氘的原子核内部比氢多一个中子,氚则多两个。氘可以从海水中大量提取,而氚可以通过聚变反应产生的中子与锂反应来再生,因此资源极为丰富。

在高温高压状态下,原子核获得足够动能以克服彼此间的静电斥力,然后发生碰撞和聚合。当氘核和氚核融合时,会形成一个不稳定的氦-5原子核,然后迅速分裂成一个稳定的氦-4原子核和一个高能中子。

这个反应前,物质的总质量略大于反应后的总质量,这样就产生了质量亏损。因为聚变后的终极产物就是氦和中子,几乎没有任何污染,氦气还可以用来充气球,气态氦气的价格大约几百元一立方,很贵。

一克氘氚的混合物如果完全聚变所释放出的净能量,大概相当于8000吨标准煤完全燃烧产生的热能。当然,这是理论值。按照计算,1吨海水中提炼的氘,核聚变后放出的能量相当于300升汽油。地球上的海洋蕴含着供人类文明使用几百亿年的氘,等于是无限的。

可控核聚变的确很好,可是技术太难实现了。目前实现它有三种方法,现在就教给大家,日后惹出祸来,不把为师说出来就行了。

第一种方法是引力约束。

巨大的引力压缩氢的同位素,然后再提供1亿摄氏度的高温,这样核聚变就产生了。按照地球这个小身板产生不了这么大的引力,只有太阳可以。所以,这种核聚变方式都是恒星具备的,人类没有能力实现。

第二种方法是惯性约束。

用特种塑料(聚碳酸酯)包裹住氘和氚,搓成直径1-3mm的小球,和六味地黄丸差不大。然后射出一道高能激光,如果一道激光的能量不够,就射很多束激光,合并到一起,然后照射靶丸。

高能激光照射到特种塑料上会让其直接变成等离子,速度太快,就和爆炸一样,外层的离子向外扩散时会产生对内的一个反作用力,挤压氘和氚,压力能达到万亿个大气压 ,温度能到上亿摄氏度,于是核聚变就产生了。

之后靶丸爆炸释放出大量热量,就和小型氢弹一样,用介质吸收这个爆炸能量,一秒钟爆几个这样的小靶丸就实现了可控核聚变发电。

美国很热衷于这个技术,因为它与干净氢弹有关,什么事都是军事先行。当然中国也有,“神光”系列就是。

第三种方法是磁约束。

先把氘氚加热到上亿摄氏度,让其完全电离,变成高温等离子体。它的温度太高了,地球上没有任何材料能抵挡得住,但是没有关系,造一个环,里面抽成真空,然后用强磁场把它给约束住,悬在真空中不让其乱跑。接着延长这个约束时间,创造离子之间的碰撞与核聚变条件,使其对外放出核聚变的能量,然后用热交换烧开水发电。

磁约束著名的装置是托卡马克,依据实现磁场的导线是否是超导材料。又分普通的托卡马克和超托卡马克,EAST东方超环就是超托卡马克。

前面说了,要束缚高温等离子体就要制造一个很强的磁场,一般是用导线通电的方式来创造。但是导线也是有电阻的,电流越大,电阻消耗的能量就越大,如果放任电阻不管,那造出来的不是可控核聚变发电站,而是可控核聚变吸电站,放出的电,还没有输进去的多。

该怎么办呢?用液氦创造超低温条件,然后用特殊材料来当导线,比如铌钛合金,它在液氦的环境中能实现超导特性。

世界上唯一的全超导托卡马克装置就在我国,1月份,EAST在1亿度高温下成功实现稳态高约束模运行1066秒,再次刷新世界纪录。

今年,中国核聚变消息屡次登上头条,猜测一下,肯定是有什么黑科技被搞出来了,实现了重大突破。而且,中国也是唯一个把所有可能实现核聚变装置都尝试了一遍的国家,这就是大国担当,文明之光。

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