早在1985年，国际热核聚变实验堆计划（ITER）就把可控核聚变作为其重点研究内容，也就是后来人们常说的“人造太阳”计划。可控核聚变的原理，就是充分模拟太阳“工作”原理，利用特殊的装置，通过强大的磁场，把温度高达上亿度的超高温等离子体约束起来，推动它进行核聚变反应，同时释放巨量的能量。我国的可控核聚变研究目前已经处于世界领先水平，可以实现电子温度1亿度的等离子体运行。

　　理论上在压强2000亿个大气压、1500万度下就可以实现可控的核聚变，虽然以现在的技术1500万度完全不是问题，但远远没有达到可以支撑2000亿大气压的容器，所以必须要尽可能提高容器内部的温度，没有几亿度是不可能实现可控目标的。

　　核聚变所需要的最基础的材料是氘和氚，而地球海洋中就含有几乎取之不尽的氘和氚，如果可控核聚变实现的话，我想可能会出现以下几个方面的变革。

　　首先地球能源问题就不会出现危机，像现在的化石能源、风能、太阳能、水能等发电方式都会退出历史舞台，取而代之的是几乎零成本的海水，由其为主要原料进行核聚变反应，释放巨量的能量，环境污染问题特别是大气污染也将不再出现。

　　其次，人类探索宇宙航天器的推进模式也将发生历史性变革，星际旅行速度在现有基础上将会提升好几个数量级，我们对宇宙探索的深度和探索质量也将有跨越式的提升。

　　第三，人类生存空间和生存效率将会大幅改善。由于能源利用方式的变革，全球变暖趋势得到有效遏制，人类治理沙漠、治理退化的草原湿地等的能力会大幅度攀升，生产生活、衣食住行所耗费的资源成本和时间成本大幅下降，从而延长了人类的实际寿命。

　　四是全球差异化逐渐消失，贫富差距越来越小，人类会为更高的科学技术发展，以及自我价值实现投入更多的时间和精力，人类文明势必迈入新的阶段。

　　（图片来自网络侵删）

　　还用说，肯定是拿来烧开水啊。

　　看着高大上的原子能现在也不是摆脱不了烧开水的本质。

　　恕本民科直言，哪怕再来一个50年，热核聚变成果的机会仍然渺茫！与主流科学预料的恰恰相反，机制非常巧妙，结构极其简单的冷聚变将在3-5年内取得飞速的突破，使得热核聚变成为历史，届时，一个微波炉大小的冷聚变装置可以提供10KW的热能，一瓶水中蕴含的能量足够一个家庭用一辈子，汽车可以一辈子不加油，飞机可以飞行数年不着陆，人类在数百亿年内能源无忧！

　　当然，冷聚变同样既是天使，也是恶魔，一旦落在坏人手中就可以毁灭人类！

　　除此外，冷聚变的发现者（没错！不是发明！）势必成为能源巨头的头号公敌，遭到全球追杀，性命难保！

　　余下的问题是，有谁具有战略眼光支持冷聚变这个外星科技研究呢？

　　如果可控核聚变研究成功了，短时间内有什么魔改用法？

　　核聚变的成功和石油耗尽一样，永远都有五十年，从上世纪五十年代核聚变的鼻祖托卡马克装置开始到现在为止，已经过去了将近七十年，但聚集了全世界顶尖科学家的ITER仍然还未能商业化运行，似乎还需要有下一个五十年出现！

　　其实核聚变实现并不难，很多朋友肯定就会说太阳不就是核聚变么，当然，您的科学课满分了！但即使不在太阳上，核聚变实现依然不难！因为用的是氚氘，而不是太阳的氕氕聚变！

　　根据元素的结合能，氚氘是氢元素同位素中聚变最容易的哦，而氕氕聚变则最难，因为一个质子会先洗手能量转换为中子，然后变成氘再和原先的氕结合形成氦三，太阳上正在发生的就是这个过程！那为什么太阳不烧最简单的氚氘呢？其实太阳在13个木星质量大小时已经将氘氚耗尽了，所以现在它只能烧比较难烧的氕氕，将氕氕转换成氘再继续燃烧！

　　太阳核心的质子链反应

　　但ITER核聚变项目肯定不会去选那么困难的氕氕，而是比较容易的氘氚，不过即使如此，氘氚聚变对于人类来说仍然非常困难！因为要实现氘氚聚变并不难，但实现自持持续运行非常困难！原因聚变中的高温等离子体非常难控制，为此在托卡马克这个大变压器中通过的电流极高，等离子体电流高达千万安培，扭曲模、磁岛以及磁面撕裂等问题非常严重！

　　托卡马克大变压器示意图

　　另一个则是第一壁消耗问题，因为氘氚聚变会产生多余的中子，尽管可以轰击锂6生产氚，但仍然有大量的中子会被内壁吸收，造成材料嬗变，所以用不了多久昂贵的第一壁就得更换。

　　惯性约束核聚变则存在点火与持续燃烧问题，因为燃料球的初始内爆对称性需要的精度极高，所以无论哪个方案总是有跨不过去的坎，而且未来解决的成本极高！

　　当然以下属于假设，我们不管核聚变有多难，道路有多坎坷，终于实现了核聚变，但各位不要高兴的太早，因为你设想中的核聚变后用电免费这种事情不存在的！纳尼？不是每升海水中的聚变燃料都相当于300升汽油么？居然还有人想收朕的钱？

　　其实这很容易理解，因为氘氚聚变需要两种气体，一种是氢同位素氘，另一种则是氚，前者在自然界中的含量大约为0.02%，尽管含量很少，但对于氚来说氘几乎就是白菜了，某宝的价格是25毫升/145元，一千克/5800元，目测量大是可以优惠的！但氚的售价可高了，一千克大约三千万美元，我们来计算下，氚氘混合一千克大约能产生多少能量，这些能量转换出电能又价值几何！

　　氚氘聚变示意图

　　氘氚聚变的质量比是2：3，一千克中大约氚氘混合物价值大约是1800万美元，其实就是氚的成本啦，氘的成本在氚面前差不多就忽略了！那么能产生多大的能量呢？

　　质子质量是938MeV/c2

　　氚氘聚变反应方程式为:3H+2H=4He+n反应放能17.59MeV

　　也就是质量亏损了17.59MeV

　　那么质量亏损的比例大概是：0.375%

　　那么一千克氚氘混合物完全核聚变后的能量为：337081100084874675.6J的能量

　　按一度电为：3600000J计算

　　那么100%转换出来的电能大约为：93633638912.465度

　　事实上联合循环的的蒸汽轮机热效率最高也就47%，因此这些电能大约只有44007810288.86度。

　　按当前2022年广西二级水电站上网价0.32元计算，价值：14082499292.43元。

　　约合：2040646180.6美元

　　大约是：20亿美元

　　果然不少，当然这实在有些理想化，反应100%发生，但事实能达到上1-5%就谢天谢地了，还要维持自身消耗的大量电能，还需要均摊建设费用，还有设备折旧费，还有人工费用，一塌刮子算起来，略有盈余就已经是最伟大的胜利了！

　　所以我们实现了聚变还不够，还需要低成本实现聚变才可以！

　　因此在聚变电能仍然高昂的条件之下，各位还想怎么用核聚变的电能？估计就是家里冬天的电热取暖器和夏天的冷空调还是得省着用吧！不过如果是惯性核聚变搞定的话，未来的星际航行可就省事多了，如果各位不太理解的话，就是科幻小说《三体》中的无工质核聚变发动机（其实是有工质的，只是不用带额外的工质而已），直接用聚变产生的高能高速粒子推进飞行器！

　　希望还是有的，至少未来的恒星际间飞行将成为可能！

　　大家应该都看过漫威的电影《钢铁侠》，托尼·史塔克穿着战衣上天入地，充当着世界警察的身份与邪恶势力作斗争。不知道你是否曾想过这个战衣的能量来源到底是什么？

　　说到人类利用能量或者获取能量的方式最简单的例子就是“烧热水”，这个效率是非常低的。目前我们的发电厂最多的还是火电、水电，而风电、核电等新型能源还是在少数，并不占据重要地位。火电就是“烧锅炉”，把化石能源的能量通过烧热水的方式传递出去，最终水蒸气会带动汽轮机工作，从而同轴带动发电机运动切割磁感应线，这个时候电流在闭合线圈中就产生了。而水电就是利用水的重力势能，整个过程大体上跟火电也比较类似。而风电就是把风能作为能量来源。

　　最后主要来说一下核电，目前的核电站都是通过核裂变的方式来获取能量，重原子核在外力作用下被轰击分裂成多个质量较小的原子，在这个过程中会有质量损失。损失的质量都是按照爱因斯坦质能方程转化为能量。最常见的是应用铀裂变，当热中子轰击到铀-235原子后发生核裂变，这个过程会释放出2到4个中子，之后这些中子再去撞击其它铀-235，最后就形成了核链式反应。

　　但人类想要的能量利用方式不是核裂变而是核聚变，现在人类对于核聚变的应用主要是在军事武器上，例如氢弹的原理就是核聚变，但是这个过程并不可控。人类希望掌握可控核聚变技术，就像是太阳内核处发生的反应一样。因此这种技术又被人称为“人造太阳”，太阳内核处每秒钟都有6亿吨氢核发生聚变，生成5.95亿吨的氦，损失的500万吨质量就转化为能量，以光和热的形式向宇宙中传播。

　　太阳内核处之所以一直在进行着可控核聚变，主要是因为其自身的引力塌陷作用，让其内核处产生很大的压力和温度，在这两种条件下诱发氢核聚变。那么人类要想实现可控核聚变，也要达到这两种条件，除去之外还需要找一个“容器”，这个容器可以用来装这些高温高压告诉撞击的粒子。但是目前人类没有什么物质能够抵抗这两种条件，也就是没有容器啊！

　　目前人类为了解决这个问题，就制造了一种特殊的装置-超导托卡马克，这是一种利用磁约束和真空绝热来实现可控核聚变的环形容器，在我国就被称为人造太阳。如果有一天人类掌握了可控核聚变技术，那么开车不用再消耗化石能源，飞机可以一直绕着地球飞行不停止，总之能量的利用效率大幅度提高。

　　人类文明的发展，需要掌握这项技术。

　　文/杜若，图片来源网络侵删。

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　　核聚变所需要的条件虽然苛刻。但慢慢会实现的。为了应急能源？。我认为不妨先开发磁动力。这一能源也是续程较长的能源之一。同时磁动力可能对核聚变兴许有一些帮助。因为高速旋转的磁场可封闭氢弹的爆发。这样的观点我好像说过。但愿对国家有点儿作用。

　　可控核聚变研究成功，而且小型化商品走向了市场，那好极了！如果小到床头柜那么大，如果小到热水瓶那么大，汽车、游艇、飞机、电摩托等都可以一次加料，航程无限，甚至出现机械本体换了几代，能源瓶还没用完。能源也可以家庭化了，一台袖珍核聚变发电机提供家庭所有用电量陪伴家庭的初建、发展和裂变的全过程。核能小型化，核能电池化一直是现代人梦寐以求的产品，谁攻克了这高峰，谁就是人类发展史上又一个伟大的科学巨人。

　　可控核聚变是人类能源的下一阶段构想，目前正处在研究当中，还有许多的问题摆在面前，我们总提到可控核聚变还有多长时间问世，大家都会回答五十年之后，以现在来看，恐怕还得三十年，甚至更久。

　　核聚变是一种比核裂变更高效率地获取能源的方式，不可控的核聚变或者说是用自身引力控制的核聚变我们都见过，那就是头顶的太阳。而可控的核聚变就是咱们实验室中正在研究的那个。说起核聚变，我们能够想到的词就是“高温”、“等离子体”了，等离子体是物质的第四态，只要温度够高，原子中的电子就会脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子成为离子，此时离子与自由电子共存，它们所带的电荷虽然相反，但是数量相等，故称为等离子体。

　　众所周知，等离子体温度很高，要想使其进行核聚变，那温度少说也得是一亿摄氏度以上，那么高的温度，人造的材料肯定无法包裹住，所以想出来一个办法，就是利用磁场以及惯性来约束等离子体处在特定的位置，以避免高温烧坏周围的材料。这种磁场约束装置以托卡马克装置最为杰出，世界上的核聚变实验室基本都以托卡马克结构来建造。

　　2022年7月份，我国位于合肥的全超导托卡马克装置（EAST）创造了一项纪录，实现了101.2秒稳定长脉冲高约束等离子体运行，这是世界上第一个约束达到百秒的托卡马克装置。2022年11月份，EAST又完成了一次创举，实现了“等离子体中心电子温度首次达到1亿度”。这些放在世界上都是了不起的成就，说明我们的可控核聚变研究是走在世界前列的。

　　核聚变所需的材料在自然界中很丰富，所以不需要担心原材料的问题，可以说是无限的，因此人们才称核聚变是无限能源。

　　核聚变相较于核裂变来说是比较安全的，因为核聚变反应条件很苛刻，一旦核反应堆体有破坏，那么核聚变反应就会当即终止。

　　核聚变反应过程中几乎没有辐射，产生的废料也没有辐射，所以大家称其为清洁安全能源。

　　可控核聚变若是研究成功了，首先建造的是可控核聚变发电站，逐步取代传统的发电方式，成为一枝独秀。当然，这不算是魔改，题主想问的肯定也不是这个答案。然而，在可控核聚变研究成功的伊始，真的可以进行“魔改式”的应用吗？我看很难，几乎不可能。

　　我们大家可能会畅想应用在宇宙飞船、汽车、飞机、火车以及其它交通工具上，甚至畅想会应用在家庭生活中，这的确算是魔改，但是在研究成功后的短期内，这些根本没有可能性。可控核聚变装置是一个极其庞大的装置，它需要很多人进行维护，短期内根本无法实现小型化，你所畅想的钢铁侠那种的核聚变装置恐怕要在几百年之后才可能会实现吧。

　　文/科学船坞

　　第一次工业革命后，人类世界依靠蒸汽的力量建造了火车和火轮船，以及蒸汽驱动的一系列大工厂

　　火电厂用煤烧水，水电厂用水流的的力量带动发电机运转，风电厂用风的力量，核电厂用原子核裂变的能量来烧水。

　　与提纯难度高，且需要的铀和钚等强放射性材料的核裂变不同，核聚变需要的氕氘氚在海水中就能提取，且几乎不含放射性，因此可控核聚变就是最理想的清洁能源，科学家初步估计地球海洋中的核聚变元素，足够人类“挥霍”数百万年。

　　解决了能源问题的可控核聚变技术，顺带也会解决污染问题，届时近乎无限的电能将让人类社会彻底变成电力社会，石油的地位会一落千丈。

　　短时间可控核聚变技术最大的效应应该就是电力！一台初具规模的聚变反应堆“炉子”可以抵消全球几乎所有的热电发电总和的能量！而却这玩意还只是利用水中氢原子无污染可再生！等实现核聚变规模化发电技术人类就会让聚变反应堆的尺寸缩小和能量益增率增加！大概在熟练掌握可控聚变技术20年后我认为我们会在飞往深空的飞船中标配！宇宙空间中虽然接近真空但拥有大量氢元素！这是纯天然的聚变燃料！一旦核聚变引擎出现我们的飞行器会比现在最快的帕克探测器至少翻上几百倍！达到光速百分之几！全球兵家必争之地从此不会之关注中东！整颗星球将拥有取之不尽的能源！最最关键的是（高密度能量系统的出现）我们的高能物理学将迎来史无前例的临界值爆发点！寻找到更加有意思的超级能源系统！到时候人类应该可以进入一类文明！到时候我们会在短短不到一个世纪内突破一类文明的束缚达到神级二类文明！所以说可控核聚变技术是目前人类文明技术大爆发时代的转折点！

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