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自从20世纪初贝克勒尔发现放射性元素发现以来 ， 人类就打开了一扇全新的大门 。
一种又一种的放射性元素被发现 ， 虽然有过一段可笑的应用 ， 各种广告铺天盖地说经过放射性的食物和水更加健康 。 最后自然是成了历史的 笑话 。
真正关键的是 ， 二战时期随着战争规模进一步扩大 ， 爱因斯坦的质能方程给混乱的战争格局来了一剂“鸡血” ， 曼哈顿计划让原子弹问世 ， 代表人类已经开始利用核裂变制造大规模杀伤性武器了 。 随后 ， 各大国又马不停蹄地研制出了威力上升了整整一个数量级的氢弹中子弹 ， 人类似乎已经拥有了和全世界同归于尽的力量 。

铀235重核裂变
然而 ， 核武器是瞬间释放能量的 ， 是不可控的 。 和平时期 ， 放射性元素和核技术得到了更多的应用 ， 例如同位素示踪 ， 夜光粉被应用于钟表夜间显示 ， X射线应用于医学来帮助诊断 ， 镭用于癌症治疗 。 可以这么说 ， 核技术在农业、工业、医疗、材料学、地质学、考古学、法律学等各领域都有了新的应用 。 随着战后经济复苏 ， 全世界对能源的需求与日俱增 ， 于是核电站建设计划也开始被各个国家提上了日程 。
核电站听起来非常高大上 ， 实际上说来有些尴尬 ， 人类从蒸汽机开始至今还没有脱离“烧开水”这个阶段 。 其本质是在重水中用中子轰击铀使其裂变 ， 释放热能量 ， 冷水被加热成蒸汽 ， 再让蒸汽推动汽轮机来发电 。 一般来说 ， 核电站的都是用的低浓度铀235 ， 约3% ， 十分安全 。 而原子弹的铀都是极高浓度的 ， 80%才算合格的高浓度铀 ， 要制造武器 ， 至少再次浓缩至90% ， 只有这样才能发生链式反应释放巨大能量 。
【核聚变|人类本世纪最狂野的梦想——可控核聚变】
核电站发电原理
可控核裂变技术已经被广泛应用 ， 虽然曾经有过切尔诺贝利和福岛事件 ， 可是 ， 我们依旧离不开它 ， 因为能源的需求一直都是在上升 。
化石燃料包括煤和石油 ， 还有天然气终有用完的一天 ， 温室效应环境问题也越来越被重视 ， 风能、太阳能、地热能杯水车薪 ， 现在的重核裂变后的核废料问题还只能掩埋处理 。 于是 ， 大家盯上了核聚变上 。
举个例子 ， 太阳每时每刻都在发生氢弹爆炸 ， 每一秒都有6.5亿吨的氢聚变成氦 ， 因为质量亏损释放出巨大的能量 。 从太阳诞生开始 ， 50亿年都是如此 。 地球上的海洋里 ， 每一升海水都可以提取出大约30mg的氚 ， 根据聚变方程计算 ， 这就相当于300升的汽油 。 而且核聚变不像核裂变那样产生棘手的放射性核废料 ， 仅仅只是氦 ， 完全是清洁的 ， 对环境也不会有影响 ， 完全能够满足全人类在未来的能源需求 。 因为能源的充裕 ， 各种科学技术也会迎来井喷式发展 ， 生产力也会大解放 ， 进一步缩小贫穷落后的差距 ， 人类可以真正意义上幻想星际移民的可能性 ， 甚至如科幻片一样的民用式太空飞船 ， 去火星盖房子也就不是被人嘲笑的梦想了 。

氢核聚变反应
其实 ， 早在上世纪 ， 就已经开始有许多科学家尝试可控核聚变的 。 最著名的就是20世纪50年代 ， 原苏联的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人发明的托卡马克装置 。 因为要发生热核聚变反应 ， 就要极高的温度 ， 一旦温度下降 ， 反应就停止 ， 听起来似乎的确很安全 。 然而产生的等离子体温度和密度极高 ， 如果要让聚变反应自发地维持下去 ， 就必须要维持这些等离子体在极高的温度 ， 有多高呢？地球上的气压和原料条件下 ， 至少1亿摄氏度！虽然曾经也有5000万摄氏度发生的 ， 但是释放的能量实在太少 。 这样的温度 ， 没有任何一种材料能忍受如此高的温度 ， 而且还要考虑到辐射脆性 。
不得不说托卡马克装置真是天才的构想 ， 如此温度下 ， 什么物质都被电离成了等离子 ， 既然没有材料能装下这些高温等离子气体 ， 那就利用磁场里封闭的磁力线来约束它 。 尽管磁场有些复杂 ， 需要环形磁场+等离子体电流磁场形成环形螺旋场 ， 极向磁场控制约束高温等离子流体的平衡位形 。 听上去似乎只是磁场设计问题 ， 技术上的构想非常完美 。分页标题#e#

托卡马克装置
然后 ， 各种各样的技术难题又来了 ， 要约束如此强大的等离子气体 ， 需要极强的磁场强度 。 要获得强大的磁场 ， 就需要强大的电流 ， 而强大的电流又带来了电流的热效应 。 所以 ， 这个问题就涉及到了超导技术 。
超导一般来说 ， 都是特定材料在特定温度以下突然发生电阻消失或者接近于0的现象 ， 而一般这个温度都接近于0K ， 也就是绝对零度 。 一边是零下一两百摄氏度的超导体 ， 一边是上亿度高温的等离子体 ， 都在一个装置里 ， 想想都让人感到技术难度之大 。
幸运的是 ， 这个超越人类最狂野的梦想 ， 是绝不会吓到科学家的 。 常温超导体的研究也越来越被重视 ， 并取得了巨大进展 ， 超导温度一步一步地提升了上来 。 我们离实现常温超导的梦想已然不远 。
而且各个国家的装置都在挑战更长的运行时间 ， 因为即使高温粒子被磁场约束 ， 但还是会有逸散的 ， 光是逸散的所携带热能就十分惊人了 ， 所以只能坚持100s左右 。
然而这样的工程需要的是大量的尖端技术 ， 以及极为庞大的资金支持 。 目前 ， 也仅仅是少数国家才有能力研究的项目 。 目前国际上有这个能力的仅仅是欧盟、中国、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯 。 中国的对可控核聚变的研究已然走在了世界前列 ， 1985年就研制并且投入使用了环流器一号 ， 也就是“EAST” ， 又名“东方超环” 。

位于合肥的东方超环EAST

位于合肥的东方超环EAST
虽然各国都各自在可控核聚变领域有不同的成就 ， 然而这是一项耗费极大的项目 。 美国的同类装置不是停摆就是即将停摆 ， 欧洲的JET ， 德国的仿星器 ， 英国的ST40都因为经费问题头疼不已 。 各国似乎也意识到了合作或许能更快实现技术突破 ， 于是欧盟、中国、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯共同资助了ITER项目 ， 也就是国际热核聚变实验堆计划 ， 分别负责设计和关键部件的制造 。 根据最新规划 ， 人造太阳项目2007年至2025年为建造阶段 ， 2025年12月第一次点火 ， 2035年进入运行阶段 ， 最终在2050年前后实现核聚变能商业应用 。 而在 ， 这个项目启动之前 ， 人类已在方向上研究了50年 。
然而 ， 事与愿违 ， 在具体实施过程中 ， 因为这个项目太过复杂而又庞大 ， 甚至有些难产 。 例如 ， 有成员无法在限定期限内完成自己任务 ， 导致相关任务进度也被拖累 ， 同时又因为各自的制造技术和标准也不一样 ， 就产生了一系列的连锁反应 ， 从而严重拖慢了整体进度 。 然而 ， 总归而言 ， 这是人类对自己星辰大海梦想踏出的第一步 ， 是一次巨大的进步 。

位于法国的建设中的ITER
一旦人类拥有了充裕的能源 ， 足以将整个地球改造一翻 ， 高楼大厦可以拔地而起 ， 同时又因为能源价格低廉 ， 使得生产制造成本也大大降低 ， 物质价格都会非常便宜 。 农作物可以无土栽培 ， 空出大片的农业土地 ， 人们可以在天上、水里、地下发展 ， 人均居住面积也将大幅度提升 ， 环境得以保护 ， 地球上被人类挤压生存空间的动植物也能有充足的栖息地 ， 污染问题得以改善 ， 这与天堂又有何区别？
相信终有一天 ， 一切都会实现 ， 有生之年 ， 我们会看到一个新的太阳 ， 在地球上升起 ， 而人类文明又将迈出一大步 。

来源：(西门大官人爱上了王婆)

【】网址：/a/2021/0201/kd665815.html

标题：核聚变|人类本世纪最狂野的梦想——可控核聚变