可控核聚變，離人類還有多遠？

核反應堆是目前人類使用原子核能量的最成熟技術示範，裂變技術已經發展到第四代，當前，各國建造的三代核電算是較為先進的普及型反應堆，還有更先進的第四代反應堆。裂變技術對於人類而言，我們已經掌握了其基本約束條件，實用化進展正在不斷推進，但這並不是核能利用的最高階。核聚變技術被認為原子核能量應用領域的桂冠，雖然氫彈早就被試驗成功，但這是不可控的核聚變技術，如何讓核聚變受到約束和控制是當前核聚變研究領域的方向。

核聚變作為宇宙中最普遍的能量利用形式，在過去50億年內，太陽一直通過這個反應釋放出大量能量

宇宙中，恆星產生的能量來自核聚變反應，以太陽為例，每秒鐘大約有6.5億噸氫變成氦，質量虧損釋放出巨大的能量。在過去50億年內，太陽一直通過這個反應釋放出大量能量。按照氘-氚聚變方程，我們可以在一升海水中提取出大約30毫克氚，相當於燃燒300升左右的汽油，如果是一座百萬千瓦級的核聚變發電站，每年只要消耗300多公斤氚，產生的物質都是清潔的，對環境沒有威脅，不像核裂變反應會產生放射性核素。如果核聚變技術成熟並被大規模推廣，可以滿足未來數十億年人對能源的需求。

核聚變作為宇宙中最普遍的能量利用形式，人類要想突破行星際的限制而進入恆星際空間，核聚變是必不可少的能量源。但核聚變的研製難度很大，要求相對苛刻，熱核聚變產生的等離子體溫度和密度極高，要想讓核聚變反應自持下去，就需要維持這些極高溫等離子體。英國科學家勞遜在1957年就提出了「勞遜條件」，認為等離子體的溫度可達到1億攝氏度，這樣才能實現「得失相當」。因為在這樣的溫度下，參與反應的所有物質都會電離形成等離子體，然後才能利用強磁場對帶電粒子進行約束。

可控核聚變需要超導線圈形成的強磁場來約束幾億度的超高溫等離子體

在了解核聚變的約束條件後，工程製造上的問題就來了。雖然我們知道等離子體的溫度極高，但我們對等離子體產生的湍流行為仍然沒有足夠的了解，理論模型的缺失導致我們無法預測超高溫等離子體。其次是磁場約束，核聚變需要強磁場對等離子體進行約束，這就需要大電流，而電流具有熱效應，因此只有超導才能解決這個問題。發展核聚變堆之前，我們還要解決超導線圈的應用，用接近絕對零度的溫度來實現超導，進而產生強大的磁場來約束幾億度的超高溫等離子體。

這樣的工程不僅需要極高的技術含量，還要有龐大的資金支持，國際熱核實驗堆從1985年開始推進，預計花費100億美元。目前，國際上幾個著名的核聚變試驗裝置有望在2050年左右發展出較為成熟的核聚變技術，本世紀末，我們有望用上由核聚變產生的電力。2014年，軍火巨頭洛克希德·馬丁公司稱已經突破了小型核聚變堆技術，有望在未來10年內安裝在軍用船舶上，功率為100兆瓦，讓我們看到了小型核核聚變反應堆被普及的希望。

（作者：謝頓）

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