早在1985年，國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃（ITER）就把可控核聚變作為其重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，也就是后來人們常說的“人造太陽”計(jì)劃。可控核聚變的原理，就是充分模擬太陽“工作”原理，利用特殊的裝置，通過強(qiáng)大的磁場(chǎng)，把溫度高達(dá)上億度的超高溫等離子體約束起來，推動(dòng)它進(jìn)行核聚變反應(yīng)，同時(shí)釋放巨量的能量。我國的可控核聚變研究目前已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，可以實(shí)現(xiàn)電子溫度1億度的等離子體運(yùn)行。

理論上在壓強(qiáng)2000億個(gè)大氣壓、1500萬度下就可以實(shí)現(xiàn)可控的核聚變，雖然以現(xiàn)在的技術(shù)1500萬度完全不是問題，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到可以支撐2000億大氣壓的容器，所以必須要盡可能提高容器內(nèi)部的溫度，沒有幾億度是不可能實(shí)現(xiàn)可控目標(biāo)的。

核聚變所需要的最基礎(chǔ)的材料是氘和氚，而地球海洋中就含有幾乎取之不盡的氘和氚，如果可控核聚變實(shí)現(xiàn)的話，我想可能會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)方面的變革。

首先地球能源問題就不會(huì)出現(xiàn)危機(jī)，像現(xiàn)在的化石能源、風(fēng)能、太陽能、水能等發(fā)電方式都會(huì)退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是幾乎零成本的海水，由其為主要原料進(jìn)行核聚變反應(yīng)，釋放巨量的能量，環(huán)境污染問題特別是大氣污染也將不再出現(xiàn)。

其次，人類探索宇宙航天器的推進(jìn)模式也將發(fā)生歷史性變革，星際旅行速度在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將會(huì)提升好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，我們對(duì)宇宙探索的深度和探索質(zhì)量也將有跨越式的提升。

第三，人類生存空間和生存效率將會(huì)大幅改善。由于能源利用方式的變革，全球變暖趨勢(shì)得到有效遏制，人類治理沙漠、治理退化的草原濕地等的能力會(huì)大幅度攀升，生產(chǎn)生活、衣食住行所耗費(fèi)的資源成本和時(shí)間成本大幅下降，從而延長(zhǎng)了人類的實(shí)際壽命。

四是全球差異化逐漸消失，貧富差距越來越小，人類會(huì)為更高的科學(xué)技術(shù)發(fā)展，以及自我價(jià)值實(shí)現(xiàn)投入更多的時(shí)間和精力，人類文明勢(shì)必邁入新的階段。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)侵刪）

恕本民科直言，哪怕再來一個(gè)50年，熱核聚變成果的機(jī)會(huì)仍然渺茫！與主流科學(xué)預(yù)料的恰恰相反，機(jī)制非常巧妙，結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單的冷聚變將在3-5年內(nèi)取得飛速的突破，使得熱核聚變成為歷史，屆時(shí)，一個(gè)微波爐大小的冷聚變裝置可以提供10KW的熱能，一瓶水中蘊(yùn)含的能量足夠一個(gè)家庭用一輩子，汽車可以一輩子不加油，飛機(jī)可以飛行數(shù)年不著陸，人類在數(shù)百億年內(nèi)能源無憂！

當(dāng)然，冷聚變同樣既是天使，也是惡魔，一旦落在壞人手中就可以毀滅人類！

除此外，冷聚變的發(fā)現(xiàn)者（沒錯(cuò)！不是發(fā)明！）勢(shì)必成為能源巨頭的頭號(hào)公敵，遭到全球追殺，性命難保！

余下的問題是，有誰具有戰(zhàn)略眼光支持冷聚變這個(gè)外星科技研究呢？

還用說，肯定是拿來燒開水啊。

看著高大上的原子能現(xiàn)在也不是擺脫不了燒開水的本質(zhì)。

如果可控核聚變研究成功了，短時(shí)間內(nèi)有什么魔改用法？

核聚變的成功和石油耗盡一樣，永遠(yuǎn)都有五十年，從上世紀(jì)五十年代核聚變的鼻祖托卡馬克裝置開始到現(xiàn)在為止，已經(jīng)過去了將近七十年，但聚集了全世界頂尖科學(xué)家的ITER仍然還未能商業(yè)化運(yùn)行，似乎還需要有下一個(gè)五十年出現(xiàn)！

為什么核聚變那么難實(shí)現(xiàn)？

其實(shí)核聚變實(shí)現(xiàn)并不難，很多朋友肯定就會(huì)說太陽不就是核聚變么，當(dāng)然，您的科學(xué)課滿分了！但即使不在太陽上，核聚變實(shí)現(xiàn)依然不難！因?yàn)橛玫氖请半皇翘柕碾圩儯?/p>

根據(jù)元素的結(jié)合能，氚氘是氫元素同位素中聚變最容易的哦，而氕氕聚變則最難，因?yàn)橐粋€(gè)質(zhì)子會(huì)先洗手能量轉(zhuǎn)換為中子，然后變成氘再和原先的氕結(jié)合形成氦三，太陽上正在發(fā)生的就是這個(gè)過程！那為什么太陽不燒最簡(jiǎn)單的氚氘呢？其實(shí)太陽在13個(gè)木星質(zhì)量大小時(shí)已經(jīng)將氘氚耗盡了，所以現(xiàn)在它只能燒比較難燒的氕氕，將氕氕轉(zhuǎn)換成氘再繼續(xù)燃燒！

太陽核心的質(zhì)子鏈反應(yīng)

但I(xiàn)TER核聚變項(xiàng)目肯定不會(huì)去選那么困難的氕氕，而是比較容易的氘氚，不過即使如此，氘氚聚變對(duì)于人類來說仍然非常困難！因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)氘氚聚變并不難，但實(shí)現(xiàn)自持持續(xù)運(yùn)行非常困難！原因聚變中的高溫等離子體非常難控制，為此在托卡馬克這個(gè)大變壓器中通過的電流極高，等離子體電流高達(dá)千萬安培，扭曲模、磁島以及磁面撕裂等問題非常嚴(yán)重！

托卡馬克大變壓器示意圖

另一個(gè)則是第一壁消耗問題，因?yàn)殡熬圩儠?huì)產(chǎn)生多余的中子，盡管可以轟擊鋰6生產(chǎn)氚，但仍然有大量的中子會(huì)被內(nèi)壁吸收，造成材料嬗變，所以用不了多久昂貴的第一壁就得更換。

慣性約束核聚變則存在點(diǎn)火與持續(xù)燃燒問題，因?yàn)槿剂锨虻某跏純?nèi)爆對(duì)稱性需要的精度極高，所以無論哪個(gè)方案總是有跨不過去的坎，而且未來解決的成本極高！

假如核聚變實(shí)現(xiàn)了，你能想到那些用途？/

當(dāng)然以下屬于假設(shè)，我們不管核聚變有多難，道路有多坎坷，終于實(shí)現(xiàn)了核聚變，但各位不要高興的太早，因?yàn)槟阍O(shè)想中的核聚變后用電免費(fèi)這種事情不存在的！納尼？不是每升海水中的聚變?nèi)剂隙枷喈?dāng)于300升汽油么？居然還有人想收朕的錢？

• 聚變的電成本真的很低嗎？

其實(shí)這很容易理解，因?yàn)殡熬圩冃枰獌煞N氣體，一種是氫同位素氘，另一種則是氚，前者在自然界中的含量大約為0.02%，盡管含量很少，但對(duì)于氚來說氘幾乎就是白菜了，某寶的價(jià)格是25毫升/145元，一千克/5800元，目測(cè)量大是可以優(yōu)惠的！但氚的售價(jià)可高了，一千克大約三千萬美元，我們來計(jì)算下，氚氘混合一千克大約能產(chǎn)生多少能量，這些能量轉(zhuǎn)換出電能又價(jià)值幾何！

氚氘聚變示意圖

氘氚聚變的質(zhì)量比是2：3，一千克中大約氚氘混合物價(jià)值大約是1800萬美元，其實(shí)就是氚的成本啦，氘的成本在氚面前差不多就忽略了！那么能產(chǎn)生多大的能量呢？

質(zhì)子質(zhì)量是938MeV/c2

氚氘聚變反應(yīng)方程式為:3H+2H=4He+n反應(yīng)放能17.59MeV

也就是質(zhì)量虧損了17.59MeV

那么質(zhì)量虧損的比例大概是：0.375%

那么一千克氚氘混合物完全核聚變后的能量為：337081100084874675.6J的能量

按一度電為：3600000J計(jì)算

那么100%轉(zhuǎn)換出來的電能大約為：93633638912.465度

事實(shí)上聯(lián)合循環(huán)的的蒸汽輪機(jī)熱效率最高也就47%，因此這些電能大約只有44007810288.86度。

按當(dāng)前2019年廣西二級(jí)水電站上網(wǎng)價(jià)0.32元計(jì)算，價(jià)值：14082499292.43元。

約合：2040646180.6美元

大約是：20億美元

果然不少，當(dāng)然這實(shí)在有些理想化，反應(yīng)100%發(fā)生，但事實(shí)能達(dá)到上1-5%就謝天謝地了，還要維持自身消耗的大量電能，還需要均攤建設(shè)費(fèi)用，還有設(shè)備折舊費(fèi)，還有人工費(fèi)用，一塌刮子算起來，略有盈余就已經(jīng)是最偉大的勝利了！

所以我們實(shí)現(xiàn)了聚變還不夠，還需要低成本實(shí)現(xiàn)聚變才可以！

因此在聚變電能仍然高昂的條件之下，各位還想怎么用核聚變的電能？估計(jì)就是家里冬天的電熱取暖器和夏天的冷空調(diào)還是得省著用吧！不過如果是慣性核聚變搞定的話，未來的星際航行可就省事多了，如果各位不太理解的話，就是科幻小說《三體》中的無工質(zhì)核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)（其實(shí)是有工質(zhì)的，只是不用帶額外的工質(zhì)而已），直接用聚變產(chǎn)生的高能高速粒子推進(jìn)飛行器！

希望還是有的，至少未來的恒星際間飛行將成為可能！

大家應(yīng)該都看過漫威的電影《鋼鐵俠》，托尼·史塔克穿著戰(zhàn)衣上天入地，充當(dāng)著世界警察的身份與邪惡勢(shì)力作斗爭(zhēng)。不知道你是否曾想過這個(gè)戰(zhàn)衣的能量來源到底是什么？

說到人類利用能量或者獲取能量的方式最簡(jiǎn)單的例子就是“燒熱水”，這個(gè)效率是非常低的。目前我們的發(fā)電廠最多的還是火電、水電，而風(fēng)電、核電等新型能源還是在少數(shù)，并不占據(jù)重要地位。火電就是“燒鍋爐”，把化石能源的能量通過燒熱水的方式傳遞出去，最終水蒸氣會(huì)帶動(dòng)汽輪機(jī)工作，從而同軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)切割磁感應(yīng)線，這個(gè)時(shí)候電流在閉合線圈中就產(chǎn)生了。而水電就是利用水的重力勢(shì)能，整個(gè)過程大體上跟火電也比較類似。而風(fēng)電就是把風(fēng)能作為能量來源。

最后主要來說一下核電，目前的核電站都是通過核裂變的方式來獲取能量，重原子核在外力作用下被轟擊分裂成多個(gè)質(zhì)量較小的原子，在這個(gè)過程中會(huì)有質(zhì)量損失。損失的質(zhì)量都是按照愛因斯坦質(zhì)能方程轉(zhuǎn)化為能量。最常見的是應(yīng)用鈾裂變，當(dāng)熱中子轟擊到鈾-235原子后發(fā)生核裂變，這個(gè)過程會(huì)釋放出2到4個(gè)中子，之后這些中子再去撞擊其它鈾-235，最后就形成了核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

但人類想要的能量利用方式不是核裂變而是核聚變，現(xiàn)在人類對(duì)于核聚變的應(yīng)用主要是在軍事武器上，例如氫彈的原理就是核聚變，但是這個(gè)過程并不可控。人類希望掌握可控核聚變技術(shù)，就像是太陽內(nèi)核處發(fā)生的反應(yīng)一樣。因此這種技術(shù)又被人稱為“人造太陽”，太陽內(nèi)核處每秒鐘都有6億噸氫核發(fā)生聚變，生成5.95億噸的氦，損失的500萬噸質(zhì)量就轉(zhuǎn)化為能量，以光和熱的形式向宇宙中傳播。

太陽內(nèi)核處之所以一直在進(jìn)行著可控核聚變，主要是因?yàn)槠渥陨淼囊λ葑饔茫屍鋬?nèi)核處產(chǎn)生很大的壓力和溫度，在這兩種條件下誘發(fā)氫核聚變。那么人類要想實(shí)現(xiàn)可控核聚變，也要達(dá)到這兩種條件，除去之外還需要找一個(gè)“容器”，這個(gè)容器可以用來裝這些高溫高壓告訴撞擊的粒子。但是目前人類沒有什么物質(zhì)能夠抵抗這兩種條件，也就是沒有容器啊！

目前人類為了解決這個(gè)問題，就制造了一種特殊的裝置-超導(dǎo)托卡馬克，這是一種利用磁約束和真空絕熱來實(shí)現(xiàn)可控核聚變的環(huán)形容器，在我國就被稱為人造太陽。如果有一天人類掌握了可控核聚變技術(shù)，那么開車不用再消耗化石能源，飛機(jī)可以一直繞著地球飛行不停止，總之能量的利用效率大幅度提高。

當(dāng)可控核聚變技術(shù)實(shí)現(xiàn)后，下一步的主要工作就是把“反應(yīng)堆”縮小化，就像是文章開頭所說的，鋼鐵俠的能量來源實(shí)際上就是微型的核反應(yīng)堆。人類要想飛出地球進(jìn)行星際旅行，這是必須要掌握的技術(shù)。因?yàn)榭煽睾司圩兊男史浅８撸词箶y帶少量的燃料就可以讓一個(gè)機(jī)器一只運(yùn)轉(zhuǎn)，人類未來飛出地球?qū)ふ倚碌募覉@。在漫長(zhǎng)的星際旅行中，最重要的就是能量供應(yīng)。如果按照目前的科技水平，只能應(yīng)用常規(guī)方法，那么會(huì)需要攜帶大量的燃料。

人類文明的發(fā)展，需要掌握這項(xiàng)技術(shù)。

文/杜若，圖片來源網(wǎng)絡(luò)侵刪。

古歡迎關(guān)注我們：科學(xué)黑洞！

核聚變所需要的條件雖然苛刻。但慢慢會(huì)實(shí)現(xiàn)的。為了應(yīng)急能源？。我認(rèn)為不妨先開發(fā)磁動(dòng)力。這一能源也是續(xù)程較長(zhǎng)的能源之一。同時(shí)磁動(dòng)力可能對(duì)核聚變興許有一些幫助。因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)的磁場(chǎng)可封閉氫彈的爆發(fā)。這樣的觀點(diǎn)我好像說過。但愿對(duì)國家有點(diǎn)兒作用。

可控核聚變研究成功，而且小型化商品走向了市場(chǎng)，那好極了！如果小到床頭柜那么大，如果小到熱水瓶那么大，汽車、游艇、飛機(jī)、電摩托等都可以一次加料，航程無限，甚至出現(xiàn)機(jī)械本體換了幾代，能源瓶還沒用完。能源也可以家庭化了，一臺(tái)袖珍核聚變發(fā)電機(jī)提供家庭所有用電量陪伴家庭的初建、發(fā)展和裂變的全過程。核能小型化，核能電池化一直是現(xiàn)代人夢(mèng)寐以求的產(chǎn)品，誰攻克了這高峰，誰就是人類發(fā)展史上又一個(gè)偉大的科學(xué)巨人。

可控核聚變是人類能源的下一階段構(gòu)想，目前正處在研究當(dāng)中，還有許多的問題擺在面前，我們總提到可控核聚變還有多長(zhǎng)時(shí)間問世，大家都會(huì)回答五十年之后，以現(xiàn)在來看，恐怕還得三十年，甚至更久。

核聚變是一種比核裂變更高效率地獲取能源的方式，不可控的核聚變或者說是用自身引力控制的核聚變我們都見過，那就是頭頂?shù)奶枴６煽氐暮司圩兙褪窃蹅儗?shí)驗(yàn)室中正在研究的那個(gè)。說起核聚變，我們能夠想到的詞就是“高溫”、“等離子體”了，等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，只要溫度夠高，原子中的電子就會(huì)脫離原子核的束縛成為自由電子，而原子成為離子，此時(shí)離子與自由電子共存，它們所帶的電荷雖然相反，但是數(shù)量相等，故稱為等離子體。

眾所周知，等離子體溫度很高，要想使其進(jìn)行核聚變，那溫度少說也得是一億攝氏度以上，那么高的溫度，人造的材料肯定無法包裹住，所以想出來一個(gè)辦法，就是利用磁場(chǎng)以及慣性來約束等離子體處在特定的位置，以避免高溫?zé)龎闹車牟牧稀＿@種磁場(chǎng)約束裝置以托卡馬克裝置最為杰出，世界上的核聚變實(shí)驗(yàn)室基本都以托卡馬克結(jié)構(gòu)來建造。

2017年7月份，我國位于合肥的全超導(dǎo)托卡馬克裝置（EAST）創(chuàng)造了一項(xiàng)紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了101.2秒穩(wěn)定長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行，這是世界上第一個(gè)約束達(dá)到百秒的托卡馬克裝置。2018年11月份，EAST又完成了一次創(chuàng)舉，實(shí)現(xiàn)了“等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度”。這些放在世界上都是了不起的成就，說明我們的可控核聚變研究是走在世界前列的。

可控核聚變有哪些優(yōu)勢(shì)？

核聚變所需的材料在自然界中很豐富，所以不需要擔(dān)心原材料的問題，可以說是無限的，因此人們才稱核聚變是無限能源。

核聚變相較于核裂變來說是比較安全的，因?yàn)楹司圩兎磻?yīng)條件很苛刻，一旦核反應(yīng)堆體有破壞，那么核聚變反應(yīng)就會(huì)當(dāng)即終止。

核聚變反應(yīng)過程中幾乎沒有輻射，產(chǎn)生的廢料也沒有輻射，所以大家稱其為清潔安全能源。

若是可控核聚變研究成功，在短期內(nèi)會(huì)有哪些“魔改”應(yīng)用呢？

可控核聚變?nèi)羰茄芯砍晒α耍紫冉ㄔ斓氖强煽睾司圩儼l(fā)電站，逐步取代傳統(tǒng)的發(fā)電方式，成為一枝獨(dú)秀。當(dāng)然，這不算是魔改，題主想問的肯定也不是這個(gè)答案。然而，在可控核聚變研究成功的伊始，真的可以進(jìn)行“魔改式”的應(yīng)用嗎？我看很難，幾乎不可能。

我們大家可能會(huì)暢想應(yīng)用在宇宙飛船、汽車、飛機(jī)、火車以及其它交通工具上，甚至?xí)诚霑?huì)應(yīng)用在家庭生活中，這的確算是魔改，但是在研究成功后的短期內(nèi)，這些根本沒有可能性。可控核聚變裝置是一個(gè)極其龐大的裝置，它需要很多人進(jìn)行維護(hù)，短期內(nèi)根本無法實(shí)現(xiàn)小型化，你所暢想的鋼鐵俠那種的核聚變裝置恐怕要在幾百年之后才可能會(huì)實(shí)現(xiàn)吧。

文/科學(xué)船塢

第一次工業(yè)革命后，人類世界依靠蒸汽的力量建造了火車和火輪船，以及蒸汽驅(qū)動(dòng)的一系列大工廠

因?yàn)檎羝麢C(jī)并不能小型化，所以蒸汽時(shí)代的特點(diǎn)就是“傻大黑粗”，幾十年后法拉第的電動(dòng)機(jī)讓人類看到了一種足夠小巧的能量發(fā)生裝置，于是乎電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)就成了第二次工業(yè)革命的代表，從那以后之后直到今天，人類世界的用電量依舊在節(jié)節(jié)攀升。

用電量的背后是火電廠，水電廠，核電廠，風(fēng)電廠

但這些形形色色的發(fā)電廠本質(zhì)上沒有什么不同，都是“燒開水”而已，再說得明確一點(diǎn)就是把水燒開，用高壓蒸汽去推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，切割磁感線生電。

火電廠用煤燒水，水電廠用水流的的力量帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)電廠用風(fēng)的力量，核電廠用原子核裂變的能量來燒水。

目前人類世界尚在研究過程的可控核聚變技術(shù)，一旦成功將成為最好的燒開水“熱源”，因?yàn)楹司圩兎磻?yīng)的質(zhì)能轉(zhuǎn)化率達(dá)到了4%，而核裂變只有0.135%，所以可控核聚變技術(shù)成功后，首要工作就是代替可控核裂變裝置。

與提純難度高，且需要的鈾和钚等強(qiáng)放射性材料的核裂變不同，核聚變需要的氕氘氚在海水中就能提取，且?guī)缀醪缓派湫裕虼丝煽睾司圩兙褪亲罾硐氲那鍧嵞茉矗?span style="font-weight: bold;">科學(xué)家初步估計(jì)地球海洋中的核聚變?cè)兀銐蛉祟悺皳]霍”數(shù)百萬年。

解決了能源問題的可控核聚變技術(shù)，順帶也會(huì)解決污染問題，屆時(shí)近乎無限的電能將讓人類社會(huì)徹底變成電力社會(huì)，石油的地位會(huì)一落千丈。

再進(jìn)一步，可控核聚變反應(yīng)堆小型化后還會(huì)被安裝到宇宙飛船上

短時(shí)間可控核聚變技術(shù)最大的效應(yīng)應(yīng)該就是電力！一臺(tái)初具規(guī)模的聚變反應(yīng)堆“爐子”可以抵消全球幾乎所有的熱電發(fā)電總和的能量！而卻這玩意還只是利用水中氫原子無污染可再生！等實(shí)現(xiàn)核聚變規(guī)模化發(fā)電技術(shù)人類就會(huì)讓聚變反應(yīng)堆的尺寸縮小和能量益增率增加！大概在熟練掌握可控聚變技術(shù)20年后我認(rèn)為我們會(huì)在飛往深空的飛船中標(biāo)配！宇宙空間中雖然接近真空但擁有大量氫元素！這是純天然的聚變?nèi)剂希∫坏┖司圩円娉霈F(xiàn)我們的飛行器會(huì)比現(xiàn)在最快的帕克探測(cè)器至少翻上幾百倍！達(dá)到光速百分之幾！全球兵家必爭(zhēng)之地從此不會(huì)之關(guān)注中東！整顆星球?qū)碛腥≈槐M的能源！最最關(guān)鍵的是（高密度能量系統(tǒng)的出現(xiàn)）我們的高能物理學(xué)將迎來史無前例的臨界值爆發(fā)點(diǎn)！尋找到更加有意思的超級(jí)能源系統(tǒng)！到時(shí)候人類應(yīng)該可以進(jìn)入一類文明！到時(shí)候我們會(huì)在短短不到一個(gè)世紀(jì)內(nèi)突破一類文明的束縛達(dá)到神級(jí)二類文明！所以說可控核聚變技術(shù)是目前人類文明技術(shù)大爆發(fā)時(shí)代的轉(zhuǎn)折點(diǎn)！