未來社會的“主流”能源

核能是一種低排放、高效率的清潔能源，一直被視為化石能源最有希望的替代者?，F(xiàn)在人類利用核能的方式是核裂變，而科幻作品更青睞核聚變，鋼鐵俠胸口的方舟反應(yīng)堆，《流浪地球》中的行星發(fā)動機(jī)都是采用核聚變技術(shù)。

顧名思義，核裂變就是將大質(zhì)量原子核分裂成幾個小原子核，核聚變則是將小質(zhì)量原子核聚合在一起。比起核裂變，核聚變有很多優(yōu)勢：核聚變利用氫的同位素氘和氚來實現(xiàn)，它們能從海洋中獲取，比核裂變用到的鈾要豐富得多；核聚變產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)高于核裂變，每一升海水提取的氘，通過核聚變能釋放約300升汽油燃燒的能量；核聚變不會產(chǎn)生放射性核廢料，更加安全和清潔。

有這些優(yōu)點，核聚變被科學(xué)家認(rèn)為是未來人類的終極能源方案之一。擁有了可控核聚變，人類就擁有了掌握在自己手中的“太陽”。

困難的“可控”

但“可控”二字，何其困難。核聚變不是化學(xué)反應(yīng)，是兩個原子核碰撞后發(fā)生物理結(jié)合，需要巨大的壓力和極高的溫度催化。恒星是典型的天然核聚變“反應(yīng)堆”，以太陽為例，其內(nèi)部溫度高達(dá)1500 萬攝氏度，壓力高達(dá)3000 億個大氣壓，這保證了它在數(shù)十億年的時間里，穩(wěn)定地通過核聚變產(chǎn)生光和熱。

我們要造的核聚變反應(yīng)堆，自然不可能有恒星那樣巨大的體積，因此需要更高的溫度和壓力。人類現(xiàn)在可以通過原子彈爆炸產(chǎn)生的超高溫高壓環(huán)境來實現(xiàn)核聚變，并由此造出了氫彈。但這樣的核聚變是不可控的，所有的能量都會在一瞬間釋放完畢。

精密的“磁籠”

想要把核聚變控制起來，就得有一個容器。然而，任何容器在上億度的高溫下都會灰飛煙滅。于是科學(xué)家設(shè)計了一種名叫“托卡馬克”的磁力籠子，接入超強(qiáng)電流，產(chǎn)生比地球磁場還要強(qiáng)上萬倍的超強(qiáng)磁場，將上億攝氏度的氘氚等離子體燃料懸浮在真空管道中，跟容器不接觸。

為了早日突破核聚變研究的瓶頸，人類展開了“國際熱核聚變實驗堆計劃”，致力于建造一個可實現(xiàn)大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托卡馬克，中國也參與其中。而我國獨立設(shè)計制造的托卡馬克裝置名叫“東方超環(huán)”。

漫長的征程

“東方超環(huán)”投用以來，創(chuàng)造了許多世界紀(jì)錄，比如實現(xiàn)了1 億度高溫條件下的長時間運(yùn)行。但全世界的托卡馬克裝置離實現(xiàn)核聚變都仍有很長距離。要讓氘氚聚變發(fā)電真正地實用化，且具有較高的經(jīng)濟(jì)性，就需要可控核聚變反應(yīng)達(dá)到更高溫度和更長持續(xù)時間。目前，一切還停留在實驗階段，“無限”能源征程依舊漫長，未來讓我們拭目以待。