关注：可控核聚变新方法取得突破，与传统方法有何不同？

2022-07-18 10:10:40 来源：科普中国

人类文明的发展速度本质上取决于能源的获取方式，而提到未来能源，最受瞩目的莫过于可控核聚变了。

为什么呢？因为地球上所有的能源原本就都来自于核聚变，而这个核聚变的主体就是太阳。太阳本质上就是一个巨大的核聚变反应堆，而核聚变其实就是两个轻原子聚合成一个重原子并释放能量的过程，由于这个过程会出现质量损失，而损失的质量会以能量的形式被释放出来，所以其产生的能量是十分巨大的，如果这些能量被一瞬之间释放出来，将会产生摧枯拉朽的威力，氢弹就是利用了这一原理。氢弹的本质虽然是核聚变，但这种核聚变是不可控的，要想使之产生可供人类利用的能量，就必须要将其可控化。

所谓可控核聚变就是让整个聚变过程缓慢进行，也就是控制它的反应速度，这本身并不难，难点在于拿什么来盛装反应物。

(相关资料图)

要促成聚变反应就需要极高的温度和压力，太阳之所以能够成为一颗发光发热的恒星，就是因为它自身有足够的质量，以至于内部存在着极高的压力，所以在高温高压的作用下，聚变反应就发生了。在地球上想要模拟太阳核心的巨大压力是基本做不到的，所以要促成聚变反应就需要更高的温度。目前已知熔点最高的金属是金属钨，它的熔点约为3410℃，而目前人类所能够制造的熔点最高的物质为五碳化四钽铪，熔点为4215℃，它们都远低于可控核聚变所需的温度。

显然，目前没有任何物质可以用来盛装反应物，所以就只能设法对反应物进行约束。

目前理论上可行的约束方法主要分为两类，即磁场约束和惯性约束。惯性约束就是利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，避免反应物与任何物质发生接触。人类在惯性约束方面的经验较为有限，目前各个国家都没有明显的技术突破，所以磁场约束还是现阶段的主要研究方向。利用磁场来约束高温等离子体，这种方法对于人类来说既有理论基础，又有实践经验，因为早在20世纪50年代，人类就制造出了一种磁场约束装置，即托卡马克装置。

托卡马克装置是一种非接触性的环形容器。

它的内部构造大体是这样样子的：一个环形真空室，在真空室的外侧缠绕有线圈，当线圈通电时会产生巨大的螺旋形磁场，加热并促成核聚变反应，并将反应物约束于其中，避免其与任何物质相接处。目前世界上各个国家对于磁场约束的研究都是基于托卡马克装置而进行的，而中国则处于世界领先地位，此前我们已经在实验中实现了7000万度长脉冲高参数等离子体维持运行1056秒，温度1.2亿度运行时间也达到了101秒。按照目前的进度，我们预计可能会在2030年实现示范工程发电，而至于最终的商业化发电，时间还很难预测。

在各个国家都将目光集中在托卡马克装置上时，一家初创科技公司却另辟蹊径，研发了一种约束可控核聚变的新方法，并宣称已取得实验成功。

这家位于西雅图的初创公司名为“Zap Engergy”，它们所研发的方法同样是磁场约束，但并不是基于托卡马克装置。托卡马克装置产生磁场所依靠的是大量的磁铁、线圈以及屏蔽材料，这就使得成本高昂，而Zap Engergy所研发的方法完全用不到这些，他们是利用等离子体实现自我约束。这在理论上是完全说得通的，因为等离子体本身就是带电的，既然带电，就可以形成磁场，那么到底是怎样让这些带电等离子体形成磁场实现自我约束的呢？这就是个秘密了。

Zap Engergy并没有公布该技术的具体细节，只是宣布了实验的成功，并且最终实现了能源收支平衡，也就是说能够产生正收益。

这种磁约束方法还有一个优点，那就是体积小，可以将其做成模块化，可以组合使用，也可以单独使用，这意味着它将可以应用于偏远地区。如果按照Zap Engergy的说法，这种新技术在成本上要远低于传统技术，可能会加速可控核聚变的商业化进程。当然，这只是我们继续目前所知进行的乐观设想，由于我们并不了解这种新技术的细节，所以无法判断其最终是否能够真的成功，更无法推断其应用于商业化发电的时间。

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关键词：托卡马克等离子体聚变反应