科技通识|什么是核聚变?为何能成为“终极理想能源”?

撰文︰晨希

  核聚变,这个听起来高科技又离我们很遥远的词,被写入了国家“十五五”规划纲要,并被列入未来产业发展方向。2025以来,核聚变赛道一级市场融资超过了一百亿元,正在加速商业化落地。核聚变究竟是怎样的呢?为什么要用核聚变能?

  简单来说,核聚变就是模拟太阳内部的能量产生过程——将氢的同位素氘(dāo)和氚(chuān),在极高温高压的环境下聚合为氦,这个过程会释放大量能量。这种能量就是宇宙中恒星(如太阳)发光发热的能量来源,因此又被称为“人造太阳”。

  我们常听说的“核电站”的能量来源是核裂变。那核聚变与核裂变相比有什么优势呢?核聚变能为什么能成为“终极理想能源”?

  一方面,核聚变燃料非常丰富,也很容易获得——海水。每公斤海水中的氘所含能量相当于300升汽油,按目前的消耗速度还可以满足人类数百亿年的需求。核裂变的原料属于稀有矿产,全球储量有限。而且在相同质量的原料下,核聚变释放的能量远高于核裂变,也就是说,核聚变的效率远优于核裂变。

  另一方面,核聚变安全性更高,一旦脱离了高温高压等反应条件,聚变过程会立即终止,不会产生长寿命核废料。而核裂变反应后会产生放射性废料,需要特殊处理以防核泄漏风险(如福岛核泄漏事件)。

核聚变反应过程
核聚变反应过程示意图。(网上图片)

  可以说,核聚变能清洁又安全,是理想的“零碳能源方案”,足以将人类从能源危机中彻底解放。这么优质的能源,为什么我们现在还没有用上呢?

  阻碍核聚变落地的最大原因,就是它的反应难度极高。核聚变需要极高的温度和压力来克服两个原子核之间极强的互相排斥力。太阳就是靠巨大的引力产生极高压力,在1500万度的高温下进行聚变反应。但在地球上,我们造不出那么大的压力,只能用温度来补——需要把氢等离子体加热到1亿度以上。

  地球上没有任何锅炉能装1亿度的东西,于是科学家就研究出“人造太阳”实验装置,已经实现了短时间的聚变反应。但要让它像发电厂一样稳定输出能量,还有一定距离。

核聚变装置
中国新一代核聚变装置“中国环流器二号M装置(HL-2M)”2020年在成都建成,在2022年突破1兆安放电,创造了中国可控核聚变装置运行的新纪录,这也标志着中国核聚变研发迈出重要一步,技术水平位居国际前列。(网上图片)

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