最近有一條新聞，引起了能源行業(yè)不大不小的震動——中國“人造太陽”再創(chuàng)世界紀錄。這一新聞的主要內(nèi)容是，“我國的超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置EAST(東方超環(huán))在全球首次實現(xiàn)了上百秒的穩(wěn)態(tài)高約束運行模式”，為人類開發(fā)利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

而且新聞里提到：如果人類掌握了可控的核聚變技術(shù)，目前的能源危機就可以化解!

這到底是一個怎樣的技術(shù)，竟然敢放大話解決人類能源問題呢?

氫彈引來的可控核聚變

核電對于現(xiàn)代社會來說并不陌生，自20世紀50年代問世以來，以其清潔、高效等因素得到世界主要經(jīng)濟體的青睞。但不得不承認的是，核裂變發(fā)電因為各種原因，并不能成為人類能源的究極形態(tài)，科技界早在氫彈試驗時就已經(jīng)認識到了這一點，并開始著手研究核聚變技術(shù)，以便為人類提供永續(xù)能源。

在一般的條件下，核聚變是不會發(fā)生的。但在太陽中心，1500萬度的高溫和2000億個大氣壓的高壓下，氫就可以聚變成氦了。這樣的反應(yīng)已經(jīng)進行了46億年，向外發(fā)出了巨大的能量。自然界中最容易實現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素——氘與氚的聚變，而在地球上不可能存在1500萬度的高溫和2000億個大氣壓的高壓，因此要發(fā)生聚變，溫度就只能更高，達到上億度。

目前已知的核聚變反應(yīng)只有氫彈爆炸這一種形式，科學家們希望發(fā)明一種裝置，可以有效控制“氫彈爆炸”的過程，讓能量持續(xù)穩(wěn)定的輸出，這就是可控核聚變。

“核聚變一旦像裂變一樣實現(xiàn)商用發(fā)電，將是顛覆世界的革命性成功，人類在能源利用上很可能再也不用精打細算了。”中國國際核聚變能源計劃執(zhí)行中心副主任孫鍵說，“對核聚變持積極態(tài)度的科學家認為，核聚變這棵科技之樹的果子格外好吃，種植難度大也在情理之中。”

可控核聚變相比于目前的核電站來說有三個顯而易見的優(yōu)勢：原料易得，核聚變的原料是重水，可以直接從海水中提煉，并且地球中儲量極大;核聚變的過程及其產(chǎn)物均不會對環(huán)境造成污染，亦不會造成核泄漏的危害；聚變的效率要高于裂變，效率比大概是，氘:鈾:原油=1:6:1千萬。

但想要通過此反應(yīng)制造出真正能夠為人類所用能源，人類還必須面對兩大難題。

相對而言，核裂變需要的反應(yīng)條件很弱，天然的鈾礦在常溫的自然條件下就可以發(fā)生衰變。但是相比于核裂變過程來講，核聚變最麻煩的反應(yīng)條件就是——需要瞬間上億度的高溫才能引起核聚變反應(yīng)。而如此高的溫度是用傳統(tǒng)加熱方法所無法達到的。人類研制氫彈時，對于該問題給出了以下解決方案：用核彈引爆氫彈!即通過核彈引爆得到達到核聚變反應(yīng)的溫度，從而引起核聚變使得氫彈爆炸，因此氫彈內(nèi)部是有一個小型核彈的。問題的關(guān)鍵來了，為了核聚變發(fā)電，人類難道要一直用原子彈來做引子么?這個代價顯然太高。

因此，研究可控核聚變的難點在于，怎么將核聚變的原料加熱到這么高的溫度?將核聚變的原料加熱到這么高的溫度以后拿什么來裝它?

101.2秒創(chuàng)造了什么記錄?

上億度的物質(zhì)足夠燒毀任何與其相接觸的東西，那么就算能將這些反應(yīng)燃料點燃，又能拿什么來盛放它?“超導(dǎo)托卡馬克”裝置的研制就是為了實現(xiàn)能將上億度的物質(zhì)存放于其中的目的。具體的基本原理在高中物理課本就有提到，是通過將這些物質(zhì)約束在一個密閉的環(huán)中使其高速旋轉(zhuǎn)，來將其固定在一個密閉的空間中，從而實現(xiàn)了變相的盛放。

而中國研制的“盛放”該物質(zhì)的超導(dǎo)托卡馬克裝置就是EAST。

EAST全稱Experimental Advangced Superconducting Tokamak，是由中國科學家獨立設(shè)計建造的世界首個全超導(dǎo)核聚變實驗裝置，位于安徽合肥的等離子物理研究所，于2007年通過國家驗收。EAST是一個實驗堆，主要目的在于研究等離子體穩(wěn)態(tài)約束的實驗可行性，為未來能發(fā)電的示范堆建設(shè)積累經(jīng)驗與數(shù)據(jù)，

高約束模是未來ITER(ITER計劃由美、法等國在20世紀80年代中期發(fā)起，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應(yīng)堆，為人類輸送巨大的清潔能量)的基本運行模式，為實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運行并達到有效的偏濾器熱量排除，ITER將采用射頻波主導(dǎo)的低動量注入運行模式以及主動水冷的鎢偏濾器結(jié)構(gòu)。EAST是目前世界上唯一具備這兩大特色的且具有長脈沖運行能力的全超導(dǎo)托卡馬克。

要穩(wěn)定地利用核聚變必須首先滿足兩個條件。一是把氚或氘的等離子體瞬間加熱到1億攝氏度，二是至少持續(xù)1000秒以達到持續(xù)反應(yīng)。此次，EAST在世界上首次實現(xiàn)了5000萬度等離子體持續(xù)放電101.2秒的高約束運行，實現(xiàn)了從60秒到百秒量級的跨越，其穩(wěn)態(tài)運行模式將為ITER和未來反應(yīng)堆提供重要參考。

EAST(先進超導(dǎo)托卡馬克實驗裝置)大科學工程管理委員會副主任羅廣南教授說，先前的一些聚變實驗持續(xù)了100多秒，但它們就像“騎一匹烈馬”，難以控制不穩(wěn)定的等離子體。不過，EAST上進行的實驗更像是一次盛裝舞步表演，處在被極強電磁場屏蔽的一個環(huán)形室中的等離子體被控制在一種高效穩(wěn)定態(tài)H-mode(高約束模式)。“這是一次具有里程碑意義的事件，它增強了人類利用核聚變能的信心。”

但與此同時，有人認為，上百秒的持續(xù)放電，意義可能并沒有那么大。聚變能否實現(xiàn)的標準是Lauson criterion。即密度、溫度、約束時間三者的乘積要大于一個固定的數(shù)值，其他兩項無法達到一定的數(shù)值，單獨談約束時間沒有太大的意義。

“一步之遙”的能源共產(chǎn)主義

可控核聚變什么時候能實現(xiàn)?有個笑話是“永遠還需25年”。有人估計是2050年，但這也僅僅只是猜測，因此可控核聚變的實現(xiàn)被戲稱為“一步之遙”。目前，人類所能做的就是多試驗、多投入，多積累經(jīng)驗，為今后的成功積累量變。

相比于以往，EAST101.2秒持續(xù)放電確實創(chuàng)造了新的世界紀錄;但對于可控核聚變的終極目標來說，這一紀錄只能說是微不足道。為什么如此說呢?101.2秒的持續(xù)放電時間仍遠遠達不到使這項技術(shù)商業(yè)化所需的持續(xù)時間——以幾十年而非幾分鐘計。

而約束時間只是可控核聚變實現(xiàn)過程中的一個難點，其他的難點還包括物理理論、物理實驗、工程和經(jīng)濟等多個方面因素。以其中最容易實現(xiàn)的經(jīng)濟難點來說，經(jīng)過數(shù)十年的研發(fā)與實驗，曾創(chuàng)造了眾多世界紀錄的美國麻省理工學院Alcator C-Mod托卡馬克聚變堆由于美國聯(lián)邦財政府削減預(yù)算，在2016年9月正式關(guān)停，盡管在其運轉(zhuǎn)的最后一天還創(chuàng)造了一項世界紀錄——最高等離子體壓強。

另一方面，從物理實驗方面來看，世界各地雖然已經(jīng)建立了許多聚變實驗裝置，其中最大設(shè)施——法國的國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆(ITER)預(yù)計將在2025年點火，產(chǎn)生第一束等離子體。但這些設(shè)備相對簡單，都不能把聚變能變成電能。

慶幸的是，EAST所創(chuàng)造的約束時間世界紀錄將有助于加快政府批準建設(shè)世界第一座核聚變電站——擬建的中國聚變工程試驗堆(CFETR)——的速度，中國在合肥啟動強流氘氚聚變中子源(HINEG)，目標是用核聚變技術(shù)生成世界最強的中子束。CFETR計劃在2030年投入運轉(zhuǎn)，最初的發(fā)電量為200兆瓦，在隨后10年把發(fā)電量提升至1千兆瓦左右，超過大亞灣所有商業(yè)裂變反應(yīng)堆的發(fā)電量。

雖然，實現(xiàn)可控核聚變的時間點還無法預(yù)料，但這并不妨礙人們對它的熱情。因為它的實現(xiàn)，意味著人類將真正接近共產(chǎn)主義。

想象一下，可控核聚變實現(xiàn)之后，人類理論上獲得了幾乎無限的負熵流，即使技術(shù)層次上沒有再度發(fā)生質(zhì)變，也可以近乎永遠的生存下去，衣食住行將不再成為問題。甚至我們可以通過暴力傾瀉能量的方式解決很多以前根本無法有效應(yīng)對的問題，比如水資源匱乏，比如環(huán)境污染，比如氣候寒冷不適宜居住，比如……很多瘋狂的計劃都可以輕易實現(xiàn)。

而且，如果能夠?qū)崿F(xiàn)可控核聚變，航天推進技術(shù)就有可能發(fā)生質(zhì)的變化。錢學森在幾十年前就指出，有了可控核聚變，宇宙飛船的航行速度將會大大提高，恒星系內(nèi)航行將變得很容易。人類將會成為真正的第四級文明，會開始建設(shè)恒星際飛船，即使是一去無回，但可控核聚變技術(shù)使得生態(tài)自循環(huán)系統(tǒng)成為可能，飛船能夠自我維持上萬年，有人探測器將會一代代的出發(fā)，飛向茫茫星空。

如果這樣的話，星空絕對不是現(xiàn)今看起來那么寂靜。