美國(guó)可控核聚變點(diǎn)火成功！中國(guó)還需要多久？

開頭

最近美國(guó)能源部開了一場(chǎng)發(fā)布會(huì)，美國(guó)科學(xué)家宣布可控核聚變?nèi)〉弥卮笸黄疲状螌?shí)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(lái)第一次實(shí)現(xiàn)了核聚變反應(yīng)的凈能量增益。

這個(gè)消息讓一直進(jìn)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(zhēng)相報(bào)道，說(shuō)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(guó)一挖美元墻角，美帝那邊的科技就突破了，老美怕是掐著點(diǎn)來(lái)的吧？

那咱們中國(guó)不是還有個(gè)東方超環(huán)核聚變裝置，跟美國(guó)相比到底如何？

美國(guó)進(jìn)展

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

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

先看美國(guó)的激光慣性約束，它是用多束超高能激光同時(shí)轟擊一個(gè)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(jiǎn)單理解，核燃料就是一個(gè)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(gè)方向使勁，氣球就會(huì)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(gè)激光器對(duì)準(zhǔn)的方向要控制的異常精確，同時(shí)也需要在極短的時(shí)間內(nèi)嚴(yán)格控制每個(gè)激光器的能量大小。

比如美國(guó)這次實(shí)現(xiàn)突破的國(guó)家點(diǎn)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(tái)激光器組成，再加上激光生成裝置，整個(gè)點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)室有三個(gè)足球場(chǎng)那么大。

在眾多激光束進(jìn)入靶室后，會(huì)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(guó)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(shuō)，輸出能量大于輸入能量，實(shí)現(xiàn)了盈余。這個(gè)指標(biāo)也稱Q值，Q值大于1至少說(shuō)明人類的可控核聚變是可以實(shí)現(xiàn)的。

這么看，美國(guó)這次的成果十分令人興奮，但同時(shí)造價(jià)也高，整套設(shè)備下來(lái)共花了35億美元，都快趕得上一艘航母的造價(jià)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(lái)了？嚴(yán)格來(lái)看還早的很，說(shuō)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(guó)這次的實(shí)驗(yàn)是使用422MJ的總電能，激發(fā)192臺(tái)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(lái)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(guó)這次的國(guó)家點(diǎn)火裝置，重復(fù)頻率很低，很難做到穩(wěn)定長(zhǎng)時(shí)間發(fā)電，兩個(gè)反應(yīng)之間間隔的時(shí)間都是以小時(shí)來(lái)計(jì)算，畢竟每次都需要重新安裝靶丸，重新點(diǎn)火，無(wú)法做到持續(xù)添加燃料。

而且以現(xiàn)在的儲(chǔ)能技術(shù)，也很難瞬間儲(chǔ)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(dòng)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(zhǎng)，且相對(duì)不易將其能量轉(zhuǎn)換為我們可使用的電能。

這不，聽(tīng)說(shuō)在試驗(yàn)過(guò)程中，一些檢測(cè)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(shuō)。

中國(guó)進(jìn)展

看完了美國(guó)的，再來(lái)看看中國(guó)的。

咱們主要走的是磁約束的技術(shù)路線，就是用磁場(chǎng)來(lái)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(duì)了，中國(guó)的東方超環(huán)EAST也是基于托卡馬克裝置改進(jìn)完成的，它是由我國(guó)自主設(shè)計(jì)、自主建造的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，且多次創(chuàng)造出等離子體運(yùn)行的世界紀(jì)錄。

比如2021年5月，我們實(shí)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(yùn)行，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。

同年12月，又實(shí)現(xiàn)了1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)時(shí)間。

相較于慣性約束，磁約束來(lái)得簡(jiǎn)單粗暴，磁場(chǎng)越大越好，裝置尺寸越大越好，這兩項(xiàng)指標(biāo)只要舍得充值，性能就成倍提升而且無(wú)上限。

而慣性約束對(duì)激光的對(duì)稱性有著極高的要求，高度對(duì)稱性的實(shí)現(xiàn)有時(shí)候看運(yùn)氣，成功的點(diǎn)火試驗(yàn)想要復(fù)制一遍都很難，更別說(shuō)提升性能了。

這個(gè)時(shí)候，有朋友可能還是很糾結(jié)，看到美國(guó)那邊已經(jīng)出成績(jī)了，擔(dān)心咱們中國(guó)的技術(shù)路線會(huì)不會(huì)壓錯(cuò)寶。

別急，其實(shí)在激光慣性約束的路線上，咱們中國(guó)早就在研究了。

比如由中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程物理研究院合辦的高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，就制造出來(lái)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(lái)越完善，激光束跟功率也越來(lái)越強(qiáng)。

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

雖然暫時(shí)還沒(méi)有好消息傳來(lái)，但美國(guó)那邊有了突破性進(jìn)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(fèi)的！

要知道老美從60年前就開始了這個(gè)項(xiàng)目，我們要追趕上，再加上現(xiàn)在的科技限制，確實(shí)還需要一點(diǎn)時(shí)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(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

別再抱怨，美國(guó)這邊突破了，中國(guó)咋還沒(méi)有突破呢？

大家稍安勿躁，把格局放大一點(diǎn)，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(shí)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(wú)窮的。

總的來(lái)說(shuō)，老美向來(lái)是尖端科技的老大，我們摸著鷹醬過(guò)河，差不了幾年的。

關(guān)鍵詞： 托卡馬克 等離子體 可控核聚變