美國可控核聚變點火成功！中國還需要多久？

開頭

最近美國能源部開了一場發(fā)布會，美國科學(xué)家宣布可控核聚變?nèi)〉弥卮笸黄?，首次實現(xiàn)了聚變反應(yīng)的凈能量增益，也就是產(chǎn)生的能量比注入的能量還要多。這是人類有史以來第一次實現(xiàn)了核聚變反應(yīng)的凈能量增益。

這個消息讓一直進展緩慢的核聚變領(lǐng)域眼前一亮，許多大大小小的媒體那是爭相報道，說是人類邁向可控核聚變的歷史性階段。

(資料圖)

好家伙！中沙兩國一挖美元墻角，美帝那邊的科技就突破了，老美怕是掐著點來的吧？

那咱們中國不是還有個東方超環(huán)核聚變裝置，跟美國相比到底如何？

美國進展

根據(jù)官方介紹，美國這次的核聚變實驗采用的是慣性約束，而中國的東方超環(huán)是托卡馬克裝置，屬于磁約束。

中美兩國不同的核聚變裝置，正是現(xiàn)在人類實現(xiàn)可控核聚變的兩種不同技術(shù)路線。

先看美國的激光慣性約束，它是用多束超高能激光同時轟擊一個微小的核燃料，使其坍縮內(nèi)爆，從而產(chǎn)生核聚變反應(yīng)。

可以簡單理解，核燃料就是一個氣球，如果想要擠壓氣球內(nèi)部的空氣，最好的方法就是從四面八方一起用力，使其體積被壓縮。

而如果僅僅從兩個方向使勁，氣球就會變形，其內(nèi)部的擠壓效果就大打折扣。

這種辦法好是好，但要求也非常高，不僅每個激光器對準的方向要控制的異常精確，同時也需要在極短的時間內(nèi)嚴格控制每個激光器的能量大小。

比如美國這次實現(xiàn)突破的國家點火裝置，使用的就是這種方式。

發(fā)生聚變反應(yīng)的靶室由192臺激光器組成，再加上激光生成裝置，整個點火實驗室有三個足球場那么大。

在眾多激光束進入靶室后，會匯聚到一枚直徑僅有2毫米的核材料膠囊里面，從而引發(fā)核聚變反應(yīng)。

據(jù)相關(guān)資料顯示，美國這次的聚變反應(yīng)產(chǎn)生了大約2.5兆焦耳的能量，大約是激光所消耗的2.1兆焦耳能量的120%。

也就是說，輸出能量大于輸入能量，實現(xiàn)了盈余。這個指標也稱Q值，Q值大于1至少說明人類的可控核聚變是可以實現(xiàn)的。

這么看，美國這次的成果十分令人興奮，但同時造價也高，整套設(shè)備下來共花了35億美元，都快趕得上一艘航母的造價了。

那這是不是預(yù)示著，可控核聚變的商業(yè)化很快就要來了？嚴格來看還早的很，說50年都不夸張。

剛剛提到的能量增益僅僅發(fā)生在靶室，美國這次的實驗是使用422MJ的總電能，激發(fā)192臺激光器，最終輸入2.1MJ的激光，產(chǎn)生了2.5MJ的聚變能。

這么來看，能源轉(zhuǎn)換效率只有0.5%，畢竟激光器本身的效率只有1～5%。

再者，美國這次的國家點火裝置，重復(fù)頻率很低，很難做到穩(wěn)定長時間發(fā)電，兩個反應(yīng)之間間隔的時間都是以小時來計算，畢竟每次都需要重新安裝靶丸，重新點火，無法做到持續(xù)添加燃料。

而且以現(xiàn)在的儲能技術(shù)，也很難瞬間儲存這么高的能量。

再加上氘氚聚變能量的很大一部分，是以中子動能的形式釋放的，而中子不帶電，在大多數(shù)介質(zhì)中的射程都很長，且相對不易將其能量轉(zhuǎn)換為我們可使用的電能。

這不，聽說在試驗過程中，一些檢測設(shè)備還受到了不同程度的破壞，數(shù)據(jù)到底怎么樣還不好說。

中國進展

看完了美國的，再來看看中國的。

咱們主要走的是磁約束的技術(shù)路線，就是用磁場來控制氫的同位素 - 氘和氚，使之能夠成等離子體，并加熱至1億攝氏度左右，使其相關(guān)碰撞，繼而發(fā)生聚變，并釋放能量。

著名的托卡馬克裝置就是采用這種方式，哦，對了，中國的東方超環(huán)EAST也是基于托卡馬克裝置改進完成的，它是由我國自主設(shè)計、自主建造的核聚變實驗裝置，且多次創(chuàng)造出等離子體運行的世界紀錄。

比如2021年5月，我們實現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒，和1.6億攝氏度20秒的等離子體運行，創(chuàng)造了新的世界紀錄。

同年12月，又實現(xiàn)了1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行，這是目前世界上托卡馬克裝置實現(xiàn)的最長時間。

相較于慣性約束，磁約束來得簡單粗暴，磁場越大越好，裝置尺寸越大越好，這兩項指標只要舍得充值，性能就成倍提升而且無上限。

而慣性約束對激光的對稱性有著極高的要求，高度對稱性的實現(xiàn)有時候看運氣，成功的點火試驗想要復(fù)制一遍都很難，更別說提升性能了。

這個時候，有朋友可能還是很糾結(jié)，看到美國那邊已經(jīng)出成績了，擔心咱們中國的技術(shù)路線會不會壓錯寶。

別急，其實在激光慣性約束的路線上，咱們中國早就在研究了。

比如由中國科學(xué)院和中國工程物理研究院合辦的高功率激光物理聯(lián)合實驗室，就制造出來多款激光核聚變裝置，并取名為神光系列。

從1985年的神光第一代開始，到2020年神光第四代的誕生，我們的技術(shù)也是越來越完善，激光束跟功率也越來越強。

尤其是第四代產(chǎn)品，它包含高達288路的高功率激光束，其總輸出功率為2MJ，與美國那個2.1MJ相比，差不了多少，這標志著中國在該領(lǐng)域已經(jīng)進入世界先進行列。

雖然暫時還沒有好消息傳來，但美國那邊有了突破性進展，至少證明這條路是可行的，我們科研人員的努力也不是白費的！

要知道老美從60年前就開始了這個項目，我們要追趕上，再加上現(xiàn)在的科技限制，確實還需要一點時間。

結(jié)尾

不管怎樣，核聚變技術(shù)的突破是全人類的大事，只有新技術(shù)的誕生，才能開啟新的經(jīng)濟增長點。

別再抱怨，美國這邊突破了，中國咋還沒有突破呢？

大家稍安勿躁，把格局放大一點，可控核聚變幾乎是我們這代人能想到的最接近科幻的現(xiàn)實技術(shù)的圣杯了。

如果能夠證明其在工程上的可行性，其力量將是無窮的。

總的來說，老美向來是尖端科技的老大，我們摸著鷹醬過河，差不了幾年的。

關(guān)鍵詞： 托卡馬克 等離子體 可控核聚變