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前言：

科學家們從20世紀50年代起就開始研究如何通過模仿太陽的氫核聚變過程來產生能量。

【資料圖】

如果攻克了這個最大的難題，人類將有可能史上首次獲取海量無碳清潔能源，徹底改變未來的能源路線圖。

也就是說，到了那時，就不再有煤和石油燃燒產生的溫室氣體，不再有危險、長效的放射性廢物——人類將得到真正意義上的［清潔能源］。

而現在看起來，這個難題的第一步已經被解決了。

作者 ｜ 方文

圖片來源 ｜ 網 絡

“可控核聚變”首次實現突破

在太陽中，存在巨大的引力，而這種引力所產生的極端壓力，正為核聚變的發生創造了條件。

在太陽內部，氫原子被加熱到等離子體狀態，電子不再圍繞質子旋轉，然后釋放的原子核聚變形成氦原子和中子，釋放出巨大能量。

然而，太陽中有著能夠誘發核聚變的巨大引力，我們人類卻沒有這樣的自然條件。

12月5日，美國國家實驗室的一次實驗卻打破了這一局面。

據英國《金融時報》報道，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）從一個實驗性核聚變反應堆中實現了［凈能量增益］，讓核聚變反應產生的能量多于這一過程中消耗的能量。

研究團隊輸入的能量為2．05兆焦耳（MJ），核聚變反應后的輸出能量約為3．15兆焦耳，實現了150％的能量增益。

為了實現聚變，原子核需要在超過1000萬攝氏度的極高溫度下相互碰撞，以使它們能夠克服相互間的電排斥力。

一旦原子核克服了這種排斥力，并進入彼此非常接近的范圍，它們之間的核力吸引力將超過電排斥力，從而使它們能夠實現聚變。

要做到這一點，眾多原子核必須被約束在一個小空間內，以增加碰撞的機會。

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的整個實驗設施耗資35億美元，用近200臺激光器組成陣列，陣列有三個足球場那么大。

實驗過程涉及用世界上最大的激光轟擊一小粒氫等離子體，基本上以每秒50次的速度產生一系列極快的重復爆炸，以啟動核聚變反應。

研究人員采用了慣性約束核聚變（Inertial Confinement Fusion）技術實現了這一成就。

所謂［慣性］，是指在極短的時間內，通過增溫和增壓來提高等離子體的溫度和壓力，利用原子核的慣性來阻止它們四散擴散，完成融合。

托卡馬克裝置的工作原理是，將氫同位素等離子體加熱到超過1億攝氏度，它們會碰撞并產生聚變反應。

這是人類歷史上首次實現可控核聚變，這一成果被稱為［點火］。

核聚變點火是實現可控核聚變的關鍵步驟，是實現可控核聚變的前提和基礎。

所謂的點火，指的聚變反應所產生的能量等于或超過輸入能量的時刻。

該實驗室采用了一種名為慣性約束聚變的方法，簡單來說是使用激光照射引發核聚變。

需要注意的是，雖然從2．05兆焦耳到3．15兆焦耳的結果看，該實驗的確實現了凈能量增益。

但要算上電能損耗等問題，此次實驗投入的總能量實際上達到了400兆焦耳以上，遠遠高于輸出3．15兆焦耳。

背后的真正意義與商業可行性

在聚變發生后，合成物的質量會比最初制造它們的部分更輕，丟失的質量會轉化為巨大的能量。

E＝MC?，這是太陽等恒星中一直發生的反應。

如果核聚變技術能夠大規模應用，它將提供一種沒有污染和溫室氣體的能源，也不會產生放射性廢料。

這是通往清潔能源可能性之路的絕佳方法，一個多世紀以來，我們對核聚變有了理論上的了解，但從了解到實踐的過程可能是漫長而艱巨的。

無論馬斯克看不看好，可控核聚變商業化落地，意義依然是巨大的。

要明確一下，可控核聚變商業化不太可能是安裝在車輛本身的小型反應堆裝置，技術上難度巨大，也不符合汽車本身消費品的屬性。

真正的意義在于，可控核聚變使電能取之不盡用之不竭，成本極低，而且完全0碳0排放。

始終被兩大技術難題困擾

第一大技術難題，是讓聚變反應爐中的溫度，要長時間、穩定地超過核聚變的臨界溫度。

科學家們計算，為了啟動并且維持核聚變反應，需要反應爐內部能夠長時間維持在大約2億攝氏度的高溫。

磁約束核聚變的辦法是，利用磁場構建出了一個肉眼看不到的、能耐受2億攝氏度高溫的反應爐。

然而這種方式，磁場不穩定，且裝置的內部會不斷受到高溫帶電粒子的沖擊，無法長期穩定運行。

至于這次美國人用的慣性約束核聚變，由于本質上相當于一場小型氫彈爆炸，倒是不愁溫度達不到2億攝氏度。

既然做不到［連續引爆］，自然沒辦法長時間、穩定地維持超高溫度。

第二大技術難題，是核聚變裝置在實現［點火］之后，整體的能量效率大于1。

現實就是這么無奈，雖然核聚變能釋放大量的能量，但人類為了啟動核聚變，耗費的能量更多。

以磁約束核聚變為例，為了讓裝置內部達到2億攝氏度的高溫，就需要使用大概上千萬瓦的微波設備對圓環的中心進行加熱，但是這一項，就足以讓能量［入不敷出］了。

2013 年 10 月，LLNL公布的聚變反應產生能量僅有14千焦，激光耗能達到了1．8兆焦，凈能量增益僅有0．77％。

如今，只用2．05兆焦能量，就將釋放能量提高到3．15兆焦，增長了200倍，背后，肯定積累了不少工程經驗。

至少科學家們摸索出了，讓國家點火裝置 （NIF）穩定產生高能量輸出的經驗。

這意味著科學家們，可以在此基礎上，進行下一步研究。

這一技術成果有三大里程碑式突破：

①首次證明了慣性聚變能 （IFE） 的基礎科學能力；

②美國正朝著核聚變發電廠建造，以及無限、零碳能源的目標邁出了關鍵一步；

③有望應對世界能源價格高企和迅速減少化石燃料燃燒的需求。

中美已在該領域展開技術競爭

過去這一年，中美等全球資本向這一領域投資也已接近200億元，較上一年比增長了139％。

從歷史上看，核聚變能源領域的研究一直是由政府主導、大型公共資助的實驗室完成，比如牛津大學的歐洲聯合環狀反應爐、美國LLNL實驗室等。

但近年來，隨著硬科技投資趨勢熱潮來臨，以及中國對新能源的高度重視，一批商業資本、風險投資開始涌入了核聚變能源的民營公司。

今年10月，中國［人造太陽］裝置的等離子體電流突破100萬安培，創造新紀錄。

今年2月，探索可商業化聚變能源技術企業［能量奇點］宣布完成近4億元人民幣的首輪融資，米哈游和蔚來資本領投，紅杉中國種子基金和藍馳創投跟投。

今年6月，僅成立一年的商業聚變能研發公司［星環聚能］宣布完成數億元天使輪融資，中科創星等10家知名機構參與投資。

結尾：

實際上，相較于核裂變，核聚變雖有眾多優點，但目前仍處于研究第一階段。

要提高產能，擴大商業化、普及化，多數專家認為，最快恐怕得等到2050年。

總之，可控核聚變被認為是一種終極的能源形式，一旦掌握，便可以幾近實現能源自由，這對于一個國家甚至全人類的發展，都有著極其重要的意義。

那么在未來，究竟是磁約束核聚變能先拔頭籌，還是激光約束核聚變能一馬當先，我們還需要拭目以待。

部分資料參考：差評：《美國的可控核聚變有重大突破？》，鈦媒體：《中美“激戰”核聚變》，ZAKER：《可控的核聚變 不可控的未來》

微軟雅黑;font-size:14px;">原文標題:AI芯天下丨熱點丨可控核聚變實現突破，35億美元燒開20壺水

關鍵詞： 可控核聚變