中国可控核聚变技术，成功实现放电，预计2050年正式并网发电

目前，世界能源会议统计：地球上的化石能源，满足人类的使用时间如下，石油不足40年，煤炭仅够100年。化石能源日近枯竭。无数人都在思考，当石油、煤炭、天然气用完，我们人类又该怎么办？

目前，地球文明在宇宙中尚处于0.7级。科学家表示：提升文明的首要条件，便是彻底解决能源危机 —— 完全掌握可控核聚变。很多影视剧中，掌控可控核聚变，是人类迈向星辰大海，建造宇宙飞船的必经之路。

2010年以来，世界各国核聚变反应堆捷报频传，可科学家为什么总是在说，还需要50年才能完全实现？目前，我国的可控核聚变到底发展到哪个阶段？距离实用、商用，到底还有哪些问题有待解决呢？今天，我们一次性讲清！

1905年，爱因斯坦完成了他的著作——狭义相对论， E=（ m）c^2这一方程横空出世。在方程中，大家了解到：质量很小的物体可以释放巨大的能量，俗称板凳炸地球。可到底应该怎么做，才能释放物质中的巨大能量呢？

核反应都会造成质量亏损，这些损耗的质量 光速的平方 = 释放的能量。众所周知，核裂变必须是异裂变的重元素，整个元素周期表，只有铀、钍、钚这三种元素符合要求。但，这三类元素自然界含量极少，并且核裂变会造成大量污染。

因此，核裂变不是我们人类的理想能源。但是核聚变恰恰相反，除了难以控制这一唯一缺点，几乎一切都是完美的。核聚变的材料是轻核子 —— 氢的同位素氘、氚完全符合条件，而这两种元素依靠电离水设备就可制取。

现有研究数据表明：仅海水中就储藏约40万亿吨氘，1升水可以电离 0.03g的氘。仅这 0.03g的氘反应释放的能量 = 燃烧 300L的汽油 / 燃烧336 kg的煤。同理推算，地球海水中的氘释放的能量，足够全人类使用上亿年。

目前，电离 1g 重水的成本为7元。1g 重水发生核聚变反应，产生相当于800万度电的能量。按照民用电，1度/ 0.6 元计算，1g 重水产生的电量，约合480万人民币。那这么节能的技术，为什么不能投入使用，却一直号称需要等待 50年呢？

这就不得不提到一个令人十分沮丧的事实，我们在可控核聚变的研究上一直没有取得突破性进展。因此，科学家只能给大家一个模糊的时间节点。众所周知，人造核聚变反应，是模拟恒星内部氢元素核聚变反应释放能量的过程。因此，可控核聚变也被称为人造太阳核聚变。

人造太阳的原理：两个轻原子核融合在一起，形成新的原子核，并释放中子和能量。原子包含带正电的原子核、带负电的核外电子。因此，两个轻核原子进行核聚变前，一般把核外电子剥离，就剩下两个带正电的原子核。

众所周知，电荷同性相斥。因此，两个带正电原子核，即便靠近也会因为库伦力被推开。要想核聚变，就需要它俩不光靠近，还得粘合在一起，让它的质子、中子相互作用，从而合成新原子。

到此，究竟如何让原子核粘合在一起，产生新的原子？科学家给出了答案：高温！我们都知道，温度可以反映微观粒子运动的剧烈程度。粒子的运动越剧烈，温度越高。引爆氢弹需要极高的温度，所以氢弹里面都有一枚小型原子弹，作为点火装置。

但，氢弹是不可控的。人类若是想利用核聚变，就必须控制核聚变的过程。第一个要求：达到温度！比如，把一些轻核原子放入球形靶丸，从各个方向用强激光照射靶丸，强激光产生的高温，会使原子的运动异常剧烈。

此时，核外电子脱离原子，形成原子核与电子交织的等离子体。同样，剧烈运动也给原子核提供动力来进行互相撞击，以突破它们之间的电荷排斥力，进行融合。这种就是可控核聚变的两大方式之一： 惯性约束核聚变。

我国的神光三号激光点火装置，采用的就是惯性约束装置。但，惯性约束很难控制等离子体对设备造成的高温破坏。毕竟，点火温度起步就是1000万度。目前，还没有任何材料可以耐得住这么高的温度。

正因如此，科学家开始选择能束缚等离子体的磁约束装置。磁约束就是利用磁场束缚住发生核聚变的等离子体，让原子核与装置内壁形成隔离带，从而避免仪器受到高温等离子体的冲击。

磁约束核聚变反应，第一步需要把大量轻核原子，比如氘、氚加热，让它们的核外电子脱离，形成带正电的原子核群、电子群。让它们整体保持电中性，这就是第一步做到的等离子体 —— 也称为等离子浆。

等离子浆进入磁场中，会被束缚起来。随后在共振、加速的作用下，等离子浆中的原子核运动愈演愈烈，相互撞击融合，达到聚变过程。这一过程。类似太阳内部的核聚变。因此，科学家也称磁约束核聚变装置 —— 人造太阳。

人造太阳装置，一般是环形真空磁线圈，英文 Tokamak，中文译名：托卡马克。因此磁性约束核聚变装置也叫——托卡马克。但是，它大多只能以短脉冲形式进行。科学家表示：如果保持连续稳态进行，那磁线圈就必须用上超导技术！

一旦，磁线圈采用超导技术，那这个装置就叫做：全超导托卡马克核聚变实验装置。英文简称：EAST。世界首个EAST 便是我国制造的。EAST实现可控核聚变必须有三个条件：

1、点火温度要高。因为，温度越高，原子核运动越剧烈，撞击力度也会越大。装置内的原子核们发生核聚变的比例就越高。

2、单位时间内，发生核聚变的原子核数量要多（ 等离子体的电流要大）。

3、开机时间要长，不能开机只维持几秒，那样就不能产生多少能量了。

中科院李建刚院士曾表示：中国EAST的科学目标是“ 三个1 ”。1兆安等离子体电流；1000s 的维持时间；1亿 的高温。果然，在2018年，中国可控核聚变首次实现1亿摄氏度运行。

2020年12月，新一代人造太阳装置 —— 中国环流器二号M装置，在成都落成，并首次实现发电。2021年5月，EAST 实现可重复1.2 亿 ，101s ，1.6亿 ，20s 等离子体运行。

目前，中国可控核聚变分三个阶段。短期：2015 ~ 2021 实现首次发电。中期：2021~ 2035 提高效率，降低投入，提高产出。长期：2035~ 2050 投入小于产出，具备商业化，开始建造核电站。

现如今，我国在可控核聚变的持续时间和预期目标相差10倍。但，李建刚院士提到的：“ 三个1 ”，如今中科院已经实现：1亿 ；还有1兆安等离子体电流；1000s 的维持时间需要科学家去攻坚。

目前看来，实现“ 三个 1 ”，是保证可控核聚变商业化的前提。可以说，“ 三个 1 ”是触摸到可控核聚变的第一道门槛，但距离打开大门，依旧有很长的路要走。因为，在这过程中，中子辐射的难题一直没有解决。

物理中，我们学过：磁场可以控制电荷的运动。不论是带正电的原子核、带负电的电子，在磁场的作用下都会变得规律。但，在核聚变过程中，会释放大量中子。这些中子不带电，不受磁场的束缚，高能的中子会不停地撞击 EAST 设备的内壁。

EAST不可能经受持续撞击。因此，这也是 EAST 一次不能持续长时间开机的原因。但这些都是工程学上的问题。在理论方面，我们已经臻于完善，完全支持可控核聚变。李院士表示：21世纪50年代左右，我国将基本实现可控核聚变并网发电。

这就意味着，我们大部分人，在有生之年，看到可控核聚变的发电。对于我们的可控核聚变发电技术，大家有什么想法，欢迎在评论区一起讨论。

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