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這是數(shù)十年來的重大科學(xué)突破，將為清潔能源的未來鋪平道路。

“可控核聚變”由于其固有的安全性、無污染的優(yōu)越性、燃料資源豐富等特點，被認(rèn)為是人類最理想的潔凈能源。

核能包含裂變能和聚變能兩種主要形式，目前受控核裂變技術(shù)的發(fā)展已使裂變能的應(yīng)用取得了商用化。

現(xiàn)在的核電站可以稱為基于可控核裂變反應(yīng)的核電站。

所謂核裂變就是通過中子轟擊把大質(zhì)量的原子分裂成小質(zhì)量的原子和新的中子，產(chǎn)生大量的能量，這樣的反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。原子彈的原理就是通過不可控核裂變反應(yīng)，讓能量在瞬間釋放出來。而人類現(xiàn)在已經(jīng)掌握了可控核裂變的技術(shù)，可以讓核裂變反應(yīng)的能量緩慢、可控地釋放出來。

但核裂變一直有反應(yīng)堆的安全性和核廢料的長期處置問題。

核裂變反應(yīng)后的核廢料放射性極強(qiáng)、難以處理，安全事故的后果很嚴(yán)重，而且現(xiàn)階段對于核裂變產(chǎn)生的核廢料并沒有有效的解決方法，只能將其固化封存。

1939年，美國物理學(xué)家貝特通過實驗證實，如果把1個氘原子核經(jīng)過加速器加速后與另1個氚原子核碰撞，會形成1個氦原子核并釋放1個自由中子。

核聚變釋放的能量，是核裂變釋放能量的4倍。

核聚變是兩個較輕的核結(jié)合而形成一個較重的核和一個很輕的核的一種核反應(yīng)形式，兩個較輕的核在融合過程中產(chǎn)生質(zhì)量虧損而釋放出巨大的能量。

核聚變能的物理基礎(chǔ)是氫的同位素氘和氚發(fā)生聚變核反應(yīng)。核聚變能以氫的同位素氘和氚作為燃料，氘可直接從海水中獲取，且將其與鋰混合后會產(chǎn)生一定反應(yīng)。

依據(jù)實驗評估可知，1L海水中所提出的資源，與300L汽油燃燒所產(chǎn)生能量相等。

核聚變的燃料和產(chǎn)物都不具有放射性。其產(chǎn)物是氦氣，是一種無毒、無害的惰性氣體，不產(chǎn)生長壽命放射性廢物。

從材料反應(yīng)的條件層面而言，核聚變的反應(yīng)需求條件較高，一旦反應(yīng)期間產(chǎn)生變故，離子破裂后，會立即終止聚變的產(chǎn)生。

核聚變能憑借資源無限、清潔環(huán)保、不產(chǎn)生放射性核廢料等優(yōu)點，被認(rèn)為是人類未來的理想新能源。

20世紀(jì)50年代開始，人類就開始了關(guān)于核聚變問題的研究。

人類在掌握了核聚變原理之后，早在1952年便成功試爆了世界上第一顆氫彈，但氫彈爆炸是不可控的核聚變反應(yīng)，不能作為提供能源的手段。

前蘇聯(lián)科學(xué)家提出了磁約束概念，對應(yīng)構(gòu)建的磁控制核聚變結(jié)構(gòu)，這一裝置被稱之為“托卡馬克”裝置。

簡單來說，該結(jié)構(gòu)主要借助封閉性磁場容器，創(chuàng)造出與汽車內(nèi)部輪胎相類似的傳輸模型。通電后，模型內(nèi)部會就會出現(xiàn)巨大的螺旋型磁場，該結(jié)構(gòu)可帶動磁場內(nèi)的核粒子運動，當(dāng)磁場周圍溫度達(dá)到一定溫度時，內(nèi)部粒子將發(fā)生核聚變，產(chǎn)生能量。磁約束是實現(xiàn)受控核聚變的一種可行的途徑，是利用磁場來約束溫度極高的等離子體的核燃料使其反應(yīng)。

核聚變反應(yīng)是太陽的能量源泉，托卡馬克裝置產(chǎn)生能量的原理是促成核聚變，所以這類裝置被形象地稱為“人造太陽”。

托卡馬克是人類為盡早開發(fā)聚變能研制出的一種實驗裝置，被公認(rèn)為是探索、解決未來穩(wěn)態(tài)聚變反應(yīng)堆工程及物理問題的最有效的途徑，是地球?qū)ふ揖圩兡茉闯雎返南Ｍ?/p>

國際磁約束受控核聚變研究始于上世紀(jì)50年代，經(jīng)歷了從最初的少數(shù)幾個核大國進(jìn)行秘密研究、技術(shù)解密，再到世界范圍內(nèi)開放合作、共同參與的研究階段。

我國從20世紀(jì)六七十年代的“追趕者”，跨越到九十年代的“并跑者”，再到如今成長為具備國際技術(shù)輸出能力的“領(lǐng)跑者”。

我國的核聚變能研究開始于20世紀(jì)五六十年代，雖然經(jīng)歷了長時間非常困難的時期，但能夠始終堅持發(fā)展。

中國科學(xué)院和核工業(yè)集團(tuán)承擔(dān)相關(guān)研究所的建設(shè)，主要由兩家專業(yè)研究院所和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等若干大學(xué)從事聚變相關(guān)研究。

中科院合肥研究院等離子體物理研究所和核工業(yè)西南物理研究院目前正在運行的實驗裝置是東方超環(huán)裝置（EAST）和環(huán)流器二號裝置（HL-2A）。

其中，由我國科學(xué)家自主研制并擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的EAST裝置是世界首個全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置。

EAST裝置研制過程中，依靠自主創(chuàng)新，解決了系列關(guān)鍵技術(shù)難題，發(fā)展了68項關(guān)鍵技術(shù)，建成了20多個關(guān)鍵子系統(tǒng)，2006年全部完成裝置建設(shè)并實現(xiàn)工程調(diào)試一次性成功。

2016年2月，合肥全超導(dǎo)托卡馬克物理實驗就實現(xiàn)了電子溫度達(dá)到5000萬℃持續(xù)時間最長的等離子體放電。

2021年5月28日，全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置創(chuàng)造了可重復(fù)的1.2億℃的高溫，并且持續(xù)了101秒，同時還實現(xiàn)了1.6億℃持續(xù)20秒的運行。

2021年12月30日，全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置又實現(xiàn)了7000萬℃高溫下1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行，打破了自己保持的世界紀(jì)錄，標(biāo)志著我國在可控核聚變研究上處于世界領(lǐng)先水平。

近日，中國新一代“人造太陽”（HL-2M）裝置等離子體電流突破100萬安培（1兆安），創(chuàng)造了我國可控核聚變實驗裝置運行新紀(jì)錄，技術(shù)水平居國際前列。

可控核聚變技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化后，最直接的就是對人們社會生活的影響。

一旦人類掌握了核聚變能，將擁有可使用上百億年的清潔能源。

人類最大的困擾其實歸根結(jié)底是能源問題。未來，如果可控核聚變真的實現(xiàn)了，所帶來的接近無限的清潔能源將會徹底解決能源問題。

電的價格會越來越低廉。核聚變發(fā)電站會大量建起，足以滿足人類社會生產(chǎn)生活的用電需求，工業(yè)也會因此加速發(fā)展。有了更加清潔的能源，化石燃料會被替代，環(huán)境將會大大改善。

溫室效應(yīng)導(dǎo)致的全球變暖將會成為歷史。

除了能源，我國聚變研究的中心目標(biāo)還包括在可能的條件下使得核聚變能源盡早在中國實現(xiàn)。

如將超導(dǎo)、低溫技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療，研制質(zhì)子治療系統(tǒng)，即世界最緊湊型質(zhì)子治療裝備，可大幅提高我國精準(zhǔn)醫(yī)療水平和高端醫(yī)療裝備國產(chǎn)化水平。

目前，受控核聚變的商業(yè)前景已經(jīng)吸引了大量投資者的高度關(guān)注，包括比爾·蓋茨、杰夫·貝索斯和約翰·多爾在內(nèi)的超級富豪們早已開始投資受控核聚變的公司。

核聚變工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，私營企業(yè)去年獲得了超過28億美元的資金注入，而最近幾年風(fēng)險投資總計高達(dá)50 億美元。

更重要的問題是，受控核聚變的最終突破將在未來30-50年之內(nèi)徹底改變世界的政治和經(jīng)濟(jì)版圖，俄羅斯、沙特、伊朗等能源生產(chǎn)大國將長期一蹶不振，而歐美的經(jīng)濟(jì)實力會再度崛起。中國在顛覆式能源革命的大變局之下，又將如何應(yīng)對？

盡管實現(xiàn)可控核聚變商業(yè)化還需要突破許多難關(guān)，但西方發(fā)達(dá)國家已開始超前謀劃布局，以便搶占新的科技制高點。

這很有可能是未來能源革命的主導(dǎo)權(quán)之爭。

參考資料：

1.王握文,任永存,李杭橙. 可控核聚變：“無限的能源”夢想[N]. 解放軍報,2022-08-26(011).

2.張宣. 可控核聚變?yōu)楹伪环Q為“終極能源”[N]. 新華日報,2022-02-09(012).

3.葉華龍.核聚變能源的開發(fā)與利用[J].中國高新科技,2020(23):41-42.