人类的终极能源核聚变再次传来好消息！

英国原子能研究所宣布，在去年 12 月的实验中，欧洲联合环状反应堆（JET）在 5 秒内产生了 59 兆焦耳的持续能量，打破了该装置在 1997 年创下的约 22 兆焦耳聚变能量的纪录，创造了新的世界能源纪录。这标志着无限清洁能源的研究又向前迈进了一大步。

核聚变装置

庆祝核聚变试验成功

这一突破为核聚变能源的商业化应用铺平了道路。核聚变能源被认为是一种无限清洁能源，是人类能源的终极目标。因为它不会产生温室气体或长期放射性废物。相比现有的核能发电技术，核聚变能源具有更高的安全性和可持续性。

核聚变装置

核聚变应该说是人类的终极能源，核聚变一旦成功商业化，对人类社会来说，那将是翻天地覆的巨变，人类可以去宇宙中的任何星球。这全新能源对人类这么重要，那到底什么是核聚变呢？

核聚变装备内部

核聚变是一种核反应过程，其中两个轻原子核结合形成一个更重的核，并伴随能量释放。核聚变是宇宙中普遍存在的一种现象，它不仅是恒星（包括太阳）发光发热的能量来源，也是宇宙中重元素形成的主要途径。在地球上，科学家们一直在研究如何实现可控的核聚变，以将其作为一种几乎无限的清洁能源。

核聚变

具体来说，核聚变的过程涉及以下几个关键因素：

轻原子核的结合：通常参与核聚变的轻原子核主要是氢的同位素，如氘和氚。在一定条件下，这些原子核可以克服电荷排斥力，接近到足够近的距离，使得强大的核力起作用，从而结合在一起。

高温高压环境：为了使原子核能够克服相互之间的电荷排斥力，必须将物质加热到极高的温度，通常达到数百万甚至上亿摄氏度。这样的高温一般只在星体内部或特定的实验装置中才能实现。

能量的释放：当轻原子核结合成更重的核时，由于核的质量减少，这部分质量按照质能等价原理转化为能量，表现为大量的热能和辐射能释放出来。这种能量释放是极其巨大的，远超过传统的化学反应。

目前，人类已经实现了不受控制的核聚变，即氢弹的爆炸。然而，氢弹的爆炸性质使其不适合作为能源使用。因此，科学家们正在努力研究可控核聚变，以期将其作为一种清洁、高效、可持续的未来能源。

两种核能的不同

那么在中国核聚变研究近年来取得了哪些显著的进展？

我国的核聚变研究在近年来取得了一系列重要成就，这些成就不仅展示了中国在这一领域的科研实力，也为全球核聚变能源的研究和发展做出了贡献。以下是一些具体的进展：

中国的核聚变装置

EAST实验装置的突破：中国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在2023年4月创造了新的世界纪录，实现了1.2亿度、403秒稳态高约束等离子体运行。这一成果不仅证明了EAST装置的高技术水平，也为未来长期稳定运行的聚变反应堆提供了宝贵的数据和经验。

HL-3的里程碑：中国环流三号（HL-3）在2023年8月首次实现了100万安培等离子体电流下的高约束模式运行。这个首次成功标志着中国在等离子体物理研究领域迈出了坚实的一步，对于理解和控制高温等离子体具有重要意义。

人才培养和积累的经验：自1984年中国环流器一号（HL-1）建成以来，中国在可控核聚变领域培养了大批人才，并积累了丰富的设计和运行聚变装置的经验。这些人才和经验为中国乃至全球的核聚变研究提供了坚实的人力资源基础。

中国核聚变装置

核聚变技术虽然前景广阔，但我们国家目前仍面临哪些技术和材料上的挑战呢？

核聚变示意图

首先，核聚变反应产生的高能中子会对反应堆的结构材料造成损害，这会加速材料的失效过程。这些中子还会通过核反应产生氚，而氚是一种放射性物质，需要妥善处理。在聚变堆中，氚是通过与锂反应自持的，这意味着聚变堆的设计和运行需要考虑到氚的生产和回收。

其次，聚变堆的第一壁和结构材料在设计时虽然考虑了剩余辐射问题，采用了低活化材料，但这些材料的耐久性和安全性仍然是研究的焦点。这些材料的寿命结束后，如何处理它们也是一个需要考虑的问题。

再者，技术上的瓶颈也是核聚变发展面临的挑战之一。例如，实现稳定的等离子体状态、高效的热能转换和长期稳定运行的技术都需要进一步的研究和发展。

核聚变

既然核聚变是人类的终极能源，那么人类距离真正使用核聚变到底还有多远的距离？

核聚变装置

科学家们已经实现了在实验室中的核聚变反应，但这些实验通常是短暂且能量消耗巨大的，还无法实现持续的能源输出。要使核聚变成为实用的能源，需要解决几个关键问题：

1. 持续时间：目前的核聚变实验通常只能维持较短的时间内，要实现商业化则需要持续稳定地控制核聚变反应至少几个小时甚至更长时间内。

2. 能量平衡：核聚变反应产生的能量必须大于维持反应所需的能量。目前，实验中产生的能量尚不足以覆盖加热和约束等离子体所需的能量。

3. 材料问题：核聚变反应产生的高能粒子和辐射对反应器材料的损伤是一个重要问题。需要开发新材料来承受这种极端环境。

4. 经济可行性：即使核聚变技术能够实现，还需要确保其经济上的可行性，包括建造成本、运行成本和安全成本。

5. 安全性和社会接受度：公众对于核能源的安全性有很高的关注，核聚变技术必须证明其安全性足以获得社会的广泛接受。

核聚变

尽管存在这些挑战，现在国际上许多科研团队在这一领域取得了显著进展，例如中国的EAST实验装置和美国的国家点火装置（NIF）等都在不断刷新记录。虽然还有一段路要走，但核聚变作为一种理想的未来能源解决方案，其潜力巨大，正吸引着全球科学家的研究热情。随着技术的不断进步，人类实现可控核聚变的目标正逐步变得清晰。科学家们预计，随着技术的进步和规模化生产，核聚变发电站有望在本世纪内投入运行，为人类社会的可持续发展提供坚实的能源保障。

核聚变

在未来，我们期待着核聚变技术能够克服剩余的技术障碍，实现从实验室到工业应用的飞跃，为全球能源结构的转型和环境保护做出更大的贡献。