到底什么是可控核聚变？

1. 到底什么是可控核聚变？

核聚变和核裂变，顾名思义，都是发生在原子核之间的反应。随着原子核发生了裂变和聚变，大量的能量被释放了出来。看到这里有的小伙伴就会问，原子核那么小，发生一点细微的变化怎么还会释放出大量的能量呢？
  
 这一切，都要从爱因斯坦的质能方程说起：
     
  根据质能方程，我们能得到一个结论：哪怕是再小的质量变化，由于光速这一个二次项的存在，也会产生释放出巨大的能量。 
  
  举个例子，铀（U）-235和钚（Pu）-239这两种重原子核在受到中子的轰击时，通常会分裂变成两个中等质量的新核，同时再放出2-3个中子和200兆eV的能量，也就是接近0.003焦耳的能量，这个能量看似很小，但是要知道，在一个裂变系统中，第一次裂变时放出的中子还会继续参加第二次、第三次。。。。。第N次的裂变，而每次裂变都会产生新的中子，随着中子的数量以指数形式增长，产生的能量也随之剧增。当下一代中子有两位数时，1KG的U或Pu中，会有2.5*10^24次方原子核发生裂变，而裂变需要的时间极为短暂，在不到1微秒的时间内，这个反应产生的能量就相当于2万吨TNT的当量，而这，也就是原子弹的原理。 
  
  谈完了裂变，我们再来说说聚变： 
  
  刚才提到发生裂变反应式可以释放出巨大能量，但是裂变所需要的都是类似于U或Pu的重金属元素，而这类元素在地球上含量极为稀少；同时，裂变反应堆会产生长寿命而且放射性较强的核废料（参考日本福岛），这些因素都限制了裂变的使用，因此越来越多的科学家将视线投向了聚变。 
  
  聚变与裂变恰恰相反，需要的元素种类越轻越好，因此科学家们对氢元素的同位素-氘产生了浓厚的兴趣。 
  
  1939年，美国科学家贝特做了这样一个实验，他把一个氘原子核用加速器加速后和一个氚（氢的另一种同位素）原子核以极高的速度碰撞，让人意想不到事情发生了两个原子核竟然发生了融合，形成了一个新的原子核-氦外加一个自由中子，在这个过程中时放出了17.6兆eV的能量，而这也恰恰是太阳持续45亿年发光发热的原理。 
     
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  这就是聚变的原理，那么什么叫可控核聚变呢？ 
  
  早在1933年，核聚变的原理就被提出，而5年后，改变世界格局的核裂变才被发现。核聚变反应堆的原理很简单，很好理解，只不过实现起来对于当时的人类技术水准，几乎是不可能的。第一步，作为反应体的混合气必须被加热到等离子态——也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，原子核能自由运动，这时才可能使得原子核发生直接接触，这个时候，需要大约10万摄氏度的温度。第二步，为了克服库仑力，也就是同样带正电荷的原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，得到这个速度，最简单的方法就是——继续加温，使得布朗运动达到一个疯狂的水平，要使原子核达到这种运行状态，需要上亿摄氏度的温度。然后就简单了，氚的原子核和氘的原子核以极大的速度，赤裸裸地发生碰撞，产生了新的氦核和新的中子，释放出巨大的能量。经过一段时间，反应体已经不需要外来能源的加热，核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要氦原子核和中子被及时排除，新的氚和氘的混合气被输入到反应体，核聚变就能持续下去，产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，大部分可以输出，作为能源来使用。看起来很简单是吧，只有一个问题，你把这个高达上亿摄氏度的反应体放在哪里呢？迄今为止，人类还没有造出任何能经受1万摄氏度的化学结构，更不要说上亿摄氏度了。这就是为什么一槌子买卖的氢弹已经制造了50年后，人类还没能有效的从核聚变中获取能量的唯一原因。好了，人类是很聪明的，不能用化学结构的方法解决问题，我们就用物理的试验一下。早在50年前，两种约束高温反应体的理论就产生了，一种是惯性约束。这一方法把几毫克的氘和氚的混合气体装入直径约几毫米的小球内，然后从外面均匀射入激光束或粒子束，球面内层因而向内挤压。球内气体受到挤压，压力升高，温度也急剧升高，当温度达到需要的点火温度时，球内气体发生爆炸，产生大量热能。这样的爆炸每秒钟发生三四次，并持续不断地进行下去，释放出的能量就可以达到百万千瓦级的水平。这一理论的奠基人之一就是我国著名科学家王淦昌。另一种就是磁力约束，由于原子核是带正电的，那么我的磁场只要足够强大，你就跑不出去，我建立一个环形的磁场，那么你就只能沿着磁力线的方向，沿着螺旋形运动，跑不出我的范围，而在环形磁场之外的一点距离，我可以建立一个大型的换热装置（此时反应体的能量只能以热辐射的方式传到换热体），然后再使用人类已经很熟悉的方法，把热能转换成电能就是了。苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出的这种方法相对于惯性约束，世界受控核聚变研究，主要集中在这个领域上。 
  
  我们国家在这个领域有先天的优势，加上机遇很好，走到世界第一集团，不是偶然的。说先天优势，是因为我们有王淦昌先生这样一批理论上的大师，使得我们的基础并不落后。国家对于能源的重视不是一天两天了，自1956年的12年科学规划以来，核聚变的研究已经进行了半个世纪，积累了大量的经验。还有一个祖宗留给我们的好礼物：内蒙古白云鄂博的稀土资源。它使得我们的超导工艺和激光技术并不落后——这可是受控核聚变的重要组成部分。说我们机遇好，一方面是当年苏联解体，俄罗斯贱卖家底，我们得到了俄国的HT-7超托卡马克，使我们跨越性的认识了这一系统。另一方面，国际扯皮使得ITER拖了近20年，我们赢得了追上去的机会，试想1985年ITER正式开建，怎么可能有中国的事情？中国人在这个关乎人类生存的领域，总算占有了一席之地，希望能良好地发展下去，早日求得正果，若如此，不仅为华夏之福，更是寰宇之大幸也。 
  
  革命尚未成功，同志仍需努力！

2. 什么是可控核聚变，可控核聚变是否真的有传说中那么美好？

答案是肯定的!否则，世界就不会在30年内投资数十亿美元来研究它。因此，让我们言归正传，带你了解受控核聚变。我们知道，太阳孕育了地球上的生命，并为我们提供了取之不尽的能源。所有这些能量都来自于太阳内部发生的核聚变反应。尽管太阳很 "年轻"，但在当今这个资源匮乏的时代，人们一想到不可再生资源即将耗尽，就感到不安，于是就有了复制太阳的想法。自上个世纪以来，人类通过制造强大的氢弹，尝到了核聚变原理的 "甜头"。科学家们于是开始思考，如果控制核聚变为人类所用，它将成为未来世界的一种新能源，永久解决人类社会的能源和环境问题。

核聚变的原理,核聚变是一种核反应，即两个较轻的原子核结合在一起，形成一个较重的原子核和一个极轻的原子核（或粒子）。众所周知，氢有三种同位素--氕（H）、氘（2H/D）和氚（3H/T），这其中氕是最常见的一种，占99.985%。它们三个之间的主要区别是中子的数量（分别为0、1、2）。氘和氚是氢弹的主要反应物，它们可以融合在一起，产生一个氦核和一个中子。



1905年，26岁的天才物理学家爱因斯坦发表了六篇论文，涵盖了现代物理学的三项伟大成就：分子的动力学理论、狭义相对论和光的量子假说。而在其中一篇中，爱因斯坦展示了质量和能量可以互换的观点，即质能方程。这里的c是一个固定值，是10的3.0次方的八分之一，E是能量，也就是能量不足乘以C的平方就是释放的能量，我们可以想象。有人说，这个原理是基于质能方程的，为什么不是核裂变？首先，核裂变所需的铀和其他材料在地球上非常有限，而核聚变所需的氘和氚却可以直接从水中提取。其次，核裂变反应具有极强的放射性，安全风险极大，一旦泄露后果不堪设想。最后，整体效益不高。为了控制裂变，由于大量的冷却设备，反应释放的热量被浪费了，而且核聚变的产量也比裂变高。

那么，要怎样才能使核聚变变得可控呢？为了实现核聚变，你需要高温和高压来把电子从原子核上拉开，并且需要高压来使氘核和氚核更有可能粉碎在一起。第二，如果你想 "可控"，你想保持能量流动，而不是像氢弹那样一次性释放能量。

3. 可控核聚变是否真的有传说中那么美好？

人类文明的发展史就是一部对能源的利用史。每一次利用的总能量上升一个台阶，文明就进入一个新高度。从学会用火，到大规模使用化石能源，每次都是这样。
所以可控核聚变的关键不在于它美不美好。实现它之后是不是还是只用来烧开水，得到电力的费用是不是接近零、运行起来是不是没有辐射等这些都不是重要的。重要的是它能让人类可利用的能量上升一个数量级（至少在目前看来是最有希望的技术），点开这个技能后人类文明又会进入一个崭新的高度，而我们又将看到一片不一样的蓝天，就像当年我们的祖先点开了火这个技能一样。
文明的进程已经开始，我们没有退路了。也许上帝已经在人类的前方设置了一个不可逾越的过滤器，但我们别无选择，只能义无反顾地前行。因为在这个游戏中，上帝只给了我们两个选择：要么在地球等死，要么冒着点错科技树而毁灭的风险去探索自己的未来。
可控核聚变本身并不美好，美好的是科技树中以它为前置的那些问号中藏着的无限可能。
聚变发电现在面临的几个难题，例如高能中子对材料的损伤，以及氚自持问题。但得出“聚变发电不可行”这个结论，是在用现在的眼光推测未来。举个例子，为了满足氚自持，要把氚的损失率降低至1%以下。而用“JET堆中大约有10%的氚未能被回收”这一论据，来论证聚变堆是不可行的。
然而，在1997年，JET中的氚损失率还是30%。只强调了目前技术与实际需求之间的差距，却有意的忽视了过去几十年来这个差距正在不断减小的事实。
如果用目前的技术去看，未来的科技都是不可行的。完全自动驾驶需要lv5级的技术，而特斯拉现在才在lv3，所以自动驾驶是不可行的。量子计算需要上百量子比特的的纠缠态，而现在还不到50比特，所以量子技术是不可行的。

4. 可控核聚变是什么?

5. 可控核聚变是什么?

可控的核聚变就是可以人为控制利用核聚变发出的巨大能量，方式主要是磁约束和惯性约束。可控核聚变俗称人造太阳，因为太阳的原理就是核聚变反应。
（核聚变反应主要借助氢同位素。核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，当然也不产生温室气体，基本不污染环境）人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置，可以有效控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出。

利用核能的最终目标是要实现受控核聚变。裂变时靠原子核分裂而释出能量。聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的原子核而释出能量。最常见的是由氢的同位素氘（读"刀"，又叫重氢）和氚（读"川"，又叫超重氢）聚合成较重的原子核如氦而释出能量。 
核聚变较之核裂变有两个重大优点。一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据测算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。
地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，可以说是取之不竭的能源。

6. 可控核聚变成功，会带来哪些影响？是否真的有传说中那么美好？

相信很多人并不知道什么是可控核聚变，那么今天我们大家就一起来了解一下！

什么是可控核聚变？



核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年。可控核聚变俗称人造太阳，因为太阳的原理就是核聚变反应。（核聚变反应主要借助氢同位素。核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，当然也不产生温室气体，基本不污染环境）人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置，可以有效控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出。
可控核聚变有什么作用与好处？



地球上的能量，无论是以矿石燃料，风力，水力还是动植物的形式储存起来的，最终的来源都是太阳：矿石燃料是由千百万年前的动植物演变而来的，而动植物（无论是今天的还是以前的）的能量最终是要来源于食物链底端的植物的光合作用所储存的太阳能；风的起因是由于太阳对大气的加热造成的冷热不均；水力的势能一样要靠太阳的加热使处于低平位置的水体蒸发，上升，再以降水形式被“搬运”到较高位置，从而形成势能。因此，无论人类利用这其中哪一种能源，归根结底都是在利用太阳能，而太阳的能量则是来源于核聚变，因此，人类如果掌握了有序地释放核聚变的能量的办法，就等于掌握了太阳的能量来源，就等于掌握了无穷无尽的矿石燃料，风力和水力能源，一些人鼓吹的现代工业将因为没有能量来源而走向灭亡的观点也就破产了。
因此，可控核聚变反应堆当之无愧地被称作“人造太阳”。我国在可控核聚变技术方面处于世界领先地位，即将开始运行的EAST反应堆是世界上第一个达到实用工程标准的反应堆，如果能够成功运行，那么，可控核聚变的商业发电的时日就不远了。


可控核聚变能不能实现？



第一枚原子弹造出来前十年，人类还不知道裂变是个啥。第一枚原子弹造出来之后，人类也不知道这东西到底能不能炸。

曼哈顿计划雇了13万人，花了20亿美金(相当于现在250亿美金，虽然听起来很多，但是也就够战争打两周)，赋予了最高优先级，五年造出了三枚原子弹，然后利用核聚变的氢弹，现在(至少已公开资料中)认为只有中国的于敏构型是唯一合理的设计方案，其他国家的氢弹都无法长期战备保存。优先级高的科研领域，总能出现点惊世骇俗的成果。

现在ITER的目标是花100亿造个堆。但各国政府的意见一来不统一，二来还会摇摆。进度缓慢几乎是必然的。但是你看中国开始大力推进这个项目之后，每隔几个月在科研上就有振奋人心的好消息，政府一言九鼎的好处。

如果说商用炉是第五个馒头，直接吃第五个馒头当然是不现实的。而其实之前的四个馒头还挺好吃的，也挺顶饱的。



这个图就是世界上聚变实验堆实验历史数值(最新的图有HT系列，也就是EAST的实验数据)，左轴是triple product(粒子密度x束缚时间x粒子温度)，理论预测当这个数值超过3x10^21时，等离子体内氚可以自持，等离子体可以持续燃烧，Q值就是输出和输入能量的比值橙色带状，Q值大于1聚变堆能量可以自持，Q大于10有商用发电意义。

各个实验堆一开始都不大，为了省钱，一个东方超环总项目预算才3亿人民币(上海外高桥发电厂总投资54亿，当然这个属于拿最便宜的实验堆和最贵的火电站比，比较不厚道)。

直到实验了好几个堆之后，我们才发现，其实腔体越大越容易实现等离子体自持以及达到足够长的束缚时间，点火和自持的数理模型才慢慢建立起来，但也可以说可控核聚变的理论模型直到现在也没有完全建立起来，到底需要什么样的条件，谁都知道但谁也不清楚。

大概真正可行的可控核聚变方案出现之前，我们可能都不会知道到底怎样建这个堆才是又便宜又好用。

哦，对了，我们嘴里说的永远的三十年和别人嘴里永远的三十年有完全不同的意义。

三十年前我们是以曼哈顿计划的背景说的三十年，有点像“三年超英，五年赶美，跑步进入社会主义”，要是当时能得到像曼哈顿计划那样的支持，可能三十年商用炉也能出。而我们现在说的三十年，是以过去三十年的研究趋势预估的未来，就好像现在的“中国制造2025”“两个一百年”。

关于商用炉的未来有一好一坏两个消息：

一个好消息是中国政府的计划是三十年，到2050年要出商用实验炉；一个不太好的消息是，美国政府的计划已经推到世纪末了，说2099年能出商用实验炉就不错了。

可控核聚变电站值不值得投资？



第一代的商用聚变电站肯定带有很强的实验性质，其本身商用发电的收益可能并不高。

但和任何其他大型项目(比如路桥网，比如高铁网)一样，各种相关科技、衍生工艺和设计理念必然会影响社会的方方面面，比如高温超导，比如强磁场材料科学，比如抗辐照/自修复材料，比如热核辐射源实验平台，比如能量转换系统，比如极端条件冷却系统，比如复杂结构加工及整合，比如等离子体物理学，这个大项目目前中国才投入了十来亿就已经取得了较为丰硕的成果，吸引了一大批海外学者归国，与国际机构的合作也变得更加紧密，这十来亿花的特别值。


那可控核聚变值不值得建设？



反正现在也是拟定要建设大的商用实验堆，是带有实验性质的零代堆，预计100亿欧元，50万千瓦，上海外高桥超超临界机组2000MW (200万千瓦)，投资50来亿人民币，投资其实还是可比拟的(不开玩笑，才二十来倍差距)，零代堆尚且如此，一代堆应该就能有相近的成本，二代堆或者三代堆大概就能够小型化上船上航天器了。

不走第一步永远不会知道第二步该怎么走。三极管放大器基本结构极其简单，但是现在常用的设计相比之下显得极其复杂，简直面目全非，但最开始的三极管放大电路不应该投产吗？

前几个月不还有人说要想振兴半导体就要每年投一千亿连投五年吗？分十分之一给可控核聚变，五年必出商用实验堆好不啦？我们又不存在煤炭和石油产业资本家干政，没有道理不发展可控核聚变的啊。

7. 什么是可控核聚变

一分钟了解可控核聚变

8. 什么是可控核聚变