如何利用核聚变能量（诱人的核聚变科学家）

在21世纪，人类之间最多的竞争就是有关于能源的竞争。大多数自然资源的不可再生性告诉我们，在人类将一切消耗殆尽之后，就是人类文明“停摆”的时间。因为没有能源，我们根本无法发展科技，更别说实现星际移民的梦想了。

在能源枯竭的现实问题摆在眼前之后，各国的科学家都在积极地寻找一种新能源，意图替代这些老能源。核聚变就在这时横空出世，作为核能的一份子它能够轻松地变废为宝，此外它还有超强的效益。

核聚变有多诱人呢？科学家曾表示0.6吨核聚变燃料，相当于200万吨优质煤，那么核聚变还有其它什么优势？不如让我们一起来看看。

核聚变是核能利用的一种方式，也可以称为核融合。其中的核主要是指质量小的原子，如氘、氦-3等。使用高温或者高压的方式，让核外电子挣脱原子核的束缚，随后再让两个原子核相互吸引聚合，形成更大的核心，质量的损失伴随着巨大能量的释放。像我们熟悉的氢弹爆炸，就是核聚变的结果。

大家熟悉的太阳内部就一直在做着核聚变反应，这种反应使得它可以释放出大量的能量，比如1千克氘全部聚变释放的能量相当于11000吨标准煤燃烧释放的能量。

原子核的聚合听起来非常容易，但是操作起来其实十分困难，为什么这么说呢？因为原子核本身都带有正电，所以它们二者之间有着同性相斥的原理，不过值得一提的是，原子核的质量越轻其静电斥力就越小。

常见的核聚变反应有：D T→4He n 17.6MeV，D D→3He n 3.0MeV,D D→T p 4.0 MeV。

核聚变过程

那么核聚变到底有什么优势呢？首先从它的原料来看，核聚变使用的原子核越轻越好，因此它的最佳燃料就是氘与氚。海水当中恰好就蕴含着大量这种元素，根据统计来看， 每升海水当中有0.03g氘。而地球上70％的地方都是海洋，因此粗略估计海水当中氘这种元素的数量至少有45万亿吨。

核聚变的产能极其高效。按照一个100万千瓦时的电站一年燃烧的燃料来看，假如它是燃油发电厂的话一年要耗费130万吨燃油，如果是以煤炭为燃料的传统燃煤电厂每年则需要燃烧200万吨优质煤。但是假设这一电站使用的是核聚变的方式，每年就只需要消耗0.6吨氘就足够了。

仅需0.6吨氘进行核聚变，就可以轻松等同200万吨优质煤，这个产能高出了多少倍不言而喻。

最后，核聚变还具备清洁无污染、安全可靠的特性。可能会有人感到疑惑核辐射不是一种十分严重的污染吗？这是因为核污染这一词给我们留下了深刻的印象，不论是切尔诺贝利核电站爆炸还是日本福岛核电站泄漏，似乎都向我们证明核能的不安全性。

切尔诺贝利

但是核聚变不同，它在进行反应之后产生的废料是一种惰性气体，这种气体叫做“氦”，它不会产生放射性物质，因此不可能污染环境。此外核聚变反应是一环套一环的，只要去掉这个连环当中的任何一环就可以彻底中止核聚变。因此它比核裂变更加稳定安全，受外界影响较小。

综上所述，可以看出核聚变的优势十分明显，并且任何一个优点都特别符合当下时代发展的需求。那么既然核聚变是这样优质的能源，为什么到现在还未广泛使用在我们的生活当中呢？

可控核聚变的艰难探索道路

核聚变虽然有着诸多的好处，但是想要实现却很困难。前文中在为大家介绍核聚变原理时就有提到“同性相斥”这一点，诚然，在实验当中想把两个本就“老死不相往来”的原子核聚合在一起受到的限制实在是太多了。我们所说的氢弹爆炸虽然是通过核聚变的方式，但它属于不受控的核聚变。

而想要使用核聚变的方式制造出大量效能好又廉价的燃料，就一定要先让核聚变变成“可控”的，这就是现在全世界各国都在研究的可控核聚变。

可控核聚变

可控核聚变的试验和研究早从上世纪的50年代就开始了，当时中国、美国、欧盟、俄罗斯等七个国家共同参与了耗资100亿欧元的ITER计划。可是过去了这么久，人类得到的有关可控核聚变的实质性成果依旧屈指可数。

现代人类可以实现的可控核聚变依然停留在第一代，也就是基于于氘-氚聚变。可是氚是靠中子与锂-6( 6Li)反应生产出来的, 即n 6Li→T 4He , 这就涉及了锂资源的问题。

所以目前可控核聚变仍旧处在一个研究的阶段，想要让它变成人类日常使用的能源还需要走很长的路。毕竟它的主要原料氘虽然很多，但是其它辅助合成的原料却非常稀少，这就在无形之中提高了核聚变的成本。再说，现在人类并未掌握安全实现持续可控核聚变的方法。

总之，不论是从技术还是从原料的需求来看，可控核聚变都还要经历一个漫长而又艰难的阶段。科学家们表示，从现代科技探索的发展程度来看，很难说要经过多少年才能真正拨开迷雾见彩虹。接下来，我们可能要在这方面投入更多的财力和精力，毕竟足够的量变才能促使质变的产生，相信在不断地积累之下，可控核聚变研究迟早有一天能符合我们的预期和需求。

核能发电

核能发电从很早就被发现并实施，但是主要使用的都是“核裂变”发电。可是核裂变发电能量好像并没有多高，目前主流的发电方式仍旧是煤炭发电，那么核裂变发电与核聚变相比哪一个更好呢？

首先来看看核裂变的使用历史。早在19世纪汤姆发现电子以后，有关于核能的使用问题就被各国密切关注。爱因斯坦提出智能换算公式之后更是让大家意识到小小的原子核当中到底蕴含着多大的能量。直到1938年时奥托哈恩发现了核裂变现象，人类才真正开始使用核能。

核裂变

直到2005年1月，全世界30个国家的共439座核电机组在运行，总装机容量36000万千瓦，总发电量25000亿度。其中，中国大陆9台机组，装机容量660万千瓦，发电量420亿度。

核裂变发电站的优点是体积小能量大，与传统化石燃料相比效益更大。并且它的污染与火力发电相比也小得多，起码不会释放二氧化碳等温室气体。但是缺点也很明显，比如发电时使用的放射性核废料要怎样妥善处理的问题。因为核废料的辐射性还是很强的，假如随意丢弃处理就会影响到人们的生命安全，这也是日本排放核废水引起众怒的原因。

福岛第一核电站

核聚变与之相比就要安全得多，大家通过前文就已经知道了核聚变并不会产生放射性物质，只会产生氦这种惰性气体，对于环境和人类并没有什么危害。所以假如未来人们可以利用核聚变来发电，就不用像现在这样担心核废料如何处理了。此外，核聚变的产能性比核裂变还要高，到时候“电”会成为生活当中最廉价的能源。

总的来说，核能发电可以有效减少煤炭的使用。从统计数据来看，2011年时我国的煤炭产量已经超过了35亿吨，其中用来发电供热的就有18亿吨左右。假以时日，如果我们能够广泛推广核能发电，那么不仅可以提高产能还能降低污染和成本。

机械化采煤

核聚变与星际旅行

随着宇宙探索的不断深入，人类对于太阳系以外的世界充满了无限的遐想。可是残酷的现实却告诉我们，人类有限的寿命和长远的距离相比实在是太短暂了，想要飞出太阳系不知道要在飞船上耗死几代人。

飞船的速度和飞行距离都取决于它所使用的燃料，换言之只要使用的燃料足够优秀，那么飞出太阳系就变得很容易。比如电影阿凡达当中使用的瓦尔基里航天飞机，小说《三体》当中描述的未来人类战舰。这些高科技飞船的燃料都得益于核聚变反应，由此可见，核聚变与我们实现星际旅行的梦想是密切相关的。

《阿凡达》中的航天飞机

这得从能源的动能转化效率来看，传统化学燃料的动能转化率小于35％，使用电能的离子推进器转化率则能达到90％以上。可见，这些能源的能源转化率各有不同，效率越高则意味着效益越高。核聚变则能直接将1％左右的质量转化为能量，丢失的质量也不到1％。

因此理想状态下的核聚变推进器可以使飞船达到30000公里/秒，虽然和光速相比还差一大截儿，但是对比现在的飞船运行速度还是优秀多了。在这种速度的加持之下，人类不论是开展星际移民还是星际旅行，都变得容易多了。

几种核聚变推进器的设计

中国的人造太阳

可控核聚变作为一种“未来能源”受到世界各国的重视，我国当然也不例外。如果大家听过《种太阳》这首儿歌再去查阅中国现在的可控核聚变发展现状，就会发现我们竟然不声不响的真的种出了“太阳”。

这个人造的中国太阳正是我国的“中国环流器二号M”，它是我国研制的新一代可控核聚变研究实验装置。这一装置是我国规模最大、参数最高的磁约束可控核聚变实验装置，离子温度可以达到1亿摄氏度以上。

中国环流器二号M

不仅如此，2019年9月30日时，ITER主机安装一号合同正式在北京达成，中国企业在这之中担任着重要的角色。从中国目前的可控核聚变研究成果来看，未来我国在这个领域会拥有更大的话语权。

中核集团董事长余剑锋豪情满怀地总结：

通过国际竞标拿到了ITER项目最核心部分的安装工程，证明我们的团队在世界上是领先的。

核聚变的未来展望

核聚变一经出现就成为了当下热议的话题，毫不夸张地说，如果未来的20年之内，可控核聚变能够实现，那么将会给人类社会带来像过去“工业革命”式的跨越。等到那时，电能将无处不在，汽车、飞机等也不用再燃烧化石燃料，地球也会因为人类减少污染而得到生态恢复。

期待着ITER在各国科学家的共同研究和努力之下，取得更大的进展，得出更多的成果。希望有一天宇宙之间漫长的距离不再是阻碍我们探索的困难，待到那时，不论是比邻星还是仙女座星系都变为了人类可以轻松抵达的彼端。

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