全球核聚变研究投入超20亿美元，实现受控核聚变的希望渐近

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：人类将最终解决能源需求的希望，寄托在受控核聚变的实现和推广上。目前，全世界每年用于核聚变研究的费用已超过20亿美元。主要是因为实现受控核聚变的条件非常苛刻。理论研究表明，氘核的聚变点火温度达四亿摄氏度，氘氚混合气体的热核反应也要在五千万摄氏度才能进行。设计这座反应堆的目的是为了实现输出能量等于输入能量，以便证明实现受控核聚变的可能性。各国科学家寄希望于这座核聚变堆在受控核聚变攻关中实现质的飞跃。

人类将最终解决能源需求的希望，寄托在受控核聚变的实现和推广上。核聚变能是利用轻原子核（如氘-氘或氘-氚）在极高温度（几千万度或上亿度）下聚合成较重的原子核（如氦）过程中释放出来的巨大的能量。核聚变的主要燃料是氘，可以比较容易地从海水中提取到。据推算，每升海水中所含的氘若完全“燃烧”，可产生相当于300升汽油的能量。海水中至少含有35万亿吨氘，可以供全世界享用百亿年以上。

更为可贵的是核聚变反应中几乎不存在放射性污染，而且核聚变反应堆在任何时刻都只有一丁点的氘在聚变，所以不存在失控所带来的危险。聚变能是名副其实的理想、干净的能源。但是，要使核聚变能顺从地在人为控制下为人类服务却是一件十分困难的事。为了驯服核聚变能，从50年代初开始，科学家们就热心地进行受控核聚变的研究。全世界已有40多个国家在进行受控核聚变的研究，它们投入了大量人力和物力，建造了几百个实验装置，从事研究的科学人员约有12000多人。目前，全世界每年用于核聚变研究的费用已超过20亿美元。

经过几十年的艰苦努力，受控核聚变为什么进展如此缓慢呢？主要是因为实现受控核聚变的条件非常苛刻。首先，我们无法同时造成太阳中心那样高的等离子体密度和极高的温度，只有追求比太阳中心更高的温度来解决问题。理论研究表明，氘核的聚变点火温度达四亿摄氏度，氘氚混合气体的热核反应也要在五千万摄氏度才能进行。要创造这样的环境在技术上是困难重重的。随着新技术的开发利用，人们试用电流、激光等方法来加热气体。其次，还要使这样高的温度保持一段时间，等离子体温度越低，数量越少，密度越小，超高温保持时间就越要长。还有，超高温的等离子体，有强烈地向外扩张的特性，必须有极强的磁场来约束住它们，绝对不让它们与四周容器壁接触，否则任何材料也挡不住如此高的温度，顷刻气化，变为乌有。要解决这些重重困难，有待于激光技术、超导技术、新材料技术等崭新技术的飞跃发展。

科学技术的进步，不断地给受控核聚变的研究带来福音，经过了漫长的接力赛跑之后，受控核聚变的研究已经到了关键的时刻。1982年12月24日，美国建成了一座有三层楼高的“托卡马克型”核聚变实验反应堆（TFTR），从设计到建成这座核聚变实验堆总共花了七年时间，耗资3亿多美元。设计这座反应堆的目的是为了实现输出能量等于输入能量，以便证明实现受控核聚变的可能性。(www.chuimin.cn)

我国进行可控核聚变的研究也已多年，并取得一定的进展。我国建有近十个小型托卡马克受控核聚变试验装置，其中最大的是“中国环流器一号”，已于1984年9月建成，并顺利启动。经过一年多的调试，已于1985年11月16日通过国家验收，它为我国核聚变能的研究和等离子体技术的发展，提供了有效的手段。

现在，美、英、俄等国正在共同建设一座博采众长的国际核聚变反应堆，这种国际核聚变堆将采纳30年来全世界核聚变研究的成果。它的设计输出热功率为62万千瓦，真空室半径为520厘米，等离子体磁约束环形半径为130厘米，比美国新建的核聚变实验堆规模要大一倍。各国科学家寄希望于这座核聚变堆在受控核聚变攻关中实现质的飞跃。最重要的是，要求在聚变反应中得到的能量超过输入能量，从而证明实现受控核聚变发电在技术上和工程上是可行的。

当然，人类要真正用上廉价的聚变能，尚需经过艰苦的奋斗，经受时间的考验。有人估计，到2020年可以建成实证堆，然后，经过工程技术和经济上的验证，才能逐步地推向商用。总之，在能源革命中占有重要地位的核聚变能开发和利用的曙光已在前头。

全球核聚变研究投入超20亿美元，实现受控核聚变的希望渐近

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