科普中國

身處于一個科技爆炸的時代，幾乎每天都有新的事物產(chǎn)生，但在所有預期的未來科技中，最受矚目的無疑就是可控核聚變了。

為什么人類對于可控核聚變的關注度如此之高呢？因為這是一個不同于其他技術的變革性技術，它的成功將會徹底改變我們的生活方式，將會使人類文明邁入一個新的發(fā)展階段。能源是文明發(fā)展的基礎，文明越是進步，對于能源的需求就越大，如果能源的獲取方式得不到改變，文明也就很難繼續(xù)向前發(fā)展。就拿現(xiàn)在人類所使用的化石能源來說吧，它就是制約人類邁向星辰大海的關鍵因素?；茉刺亓?，以至于重達3000多噸的運載火箭，其有效載荷只有百噸左右，如此這般，我們怎能飛向星辰大海呢？

可控核聚變就不同了，它效率極高且十分穩(wěn)定，如果可控核聚變真能實現(xiàn)，遠的不說，至少我們可以在太陽系內自由航行了，科幻電影中的宇宙飛船也將變?yōu)楝F(xiàn)實。

可控核聚變的另一優(yōu)點就是清潔，相比化石燃料所產(chǎn)生的污染，核能無疑是清潔的，不過傳統(tǒng)的可控核裂變還是會產(chǎn)生一定的放射性廢料，而且一旦發(fā)生核泄漏事故可能會給周圍地區(qū)帶來重大的核污染。但可控核聚變不同，它能在自然條件下穩(wěn)定反應，既不會產(chǎn)生放射性廢料，也不存在核泄漏的風險。可控核聚變這么好，它到底是什么原理呢？

簡單來講，可控核聚變就是讓兩個輕原子在高溫高壓的環(huán)境下相撞，聚合成一個重原子，而在這一過程中會產(chǎn)生質量損失，損失的質量則會以能量的形式被釋放出來。

由質能方程可知，能量等于質量乘以光速的平方，所以些許質量損失都會轉為巨大的能量。具體來講，可控核聚變所需要的原料到底是什么呢？有人說是氦3，的確，氘和氦3可以進行核聚變反應，而月球上又有著十分豐富的氦3資源，但問題是這種反應的技術難度相對較高，屬于第二代核聚變，而現(xiàn)在我們所研究的還是技術難度相對較低的第一代核聚變，而其所使用的原料就是氫的兩個同位素，氘和氚。

地球上的氘和氚豐富嗎

氘是很豐富的，我們知道地球這顆藍色的星球最不缺的就是海水，地球表面71%的部分都被海洋所覆蓋，而每升海水之中就含有0.03克的氘，算下來，地球海洋中的氘就多達40萬億噸，如果只是用來進行可控核聚變反應，那么可以說是取之不盡用之不竭。

與氘不同，地球上的氚是十分稀少的，因為氚雖然是氫的同位素，但它卻是一種放射性元素，而這種具有放射性的元素的半衰期又很短，只有12.43年，所以自然界中即便有氚，很快也會衰變?yōu)槠渌镔|，不可能長期保存下來，而自然界中又幾乎沒有可以自然合成氚的條件。地球上的氚如此稀少，而可控核聚變又少不了它，怎么辦呢？只能人工合成了。

從原理上來講，要合成氚并不是一件太過困難的事情，只需要用中子轟擊鋰就可以得到，而在現(xiàn)實之中，想要制造合成氚，可以采用氣液催化交換技術以及特種電解技術等。其實，人工合成氚并不難，難點在于消耗和成本。研究可控核聚變是為了獲取能源，而制造氚的過程必然要消耗能源，而且后期約束聚變反應同樣也要消耗能源，那么消耗與產(chǎn)出是否能成正比呢？雖然現(xiàn)在有很多人工合成制造氚的技術，但成本都十分高昂，想要大批量生產(chǎn)還是困難重重，這也是可控核聚變研究過程中要面臨的一個難關。

除了原材料獲取方面，可控核聚變面臨的難點還有很多

太陽之所以能夠發(fā)光發(fā)熱，就是因為其內部的核聚變反應，所以可控核聚變又被稱為“小太陽”。但與太陽不同的是，太陽內部的壓力很高，但地球上無法產(chǎn)生如此巨大的壓力，所以要促成聚變反應就需要更高的溫度，這一溫度已經(jīng)遠遠超越了已知所有材料的熔點，那么用什么東西來支持聚變反應的進行呢？目前的研究方向主要是磁場約束，可想而知這條研究之路上是遍布荊棘的。有科學家認為可控核聚變的實現(xiàn)還有百年之久，也有人樂觀地認為幾年就行，其實就目前的研究進度來講，這些都只是沒有根據(jù)的猜測，我們只希望能夠在有生之年見到這一具有變革性意義的技術問世。DBCC80EB-DEE4-46E0-A39C-7CD0FF468B42