La 核能 几十年来，它在世界能源供应中发挥着至关重要的作用。然而，来自于的能量 核聚变 有望给能源格局带来更重大的变化，提供几乎取之不竭的资源，同时将放射性废物的排放量降至最低。尽管具有潜力，但考虑到技术和经济困难并不小，这一奇妙的过程仍在开发中。世界各地的科学家正在不断研究这一挑战，以使核聚变成为一种稳定的商业能源。
在本文中，我们将深入探讨核聚变是什么、它的好处、它成为商业来源的挑战以及它对全球能源未来的重要性。
哪个是核聚变？
核聚变是与核裂变不同的过程，核裂变是当前核电站使用的机制。裂变涉及分裂重原子，例如铀和钚，而聚变涉及较轻的原子核，例如氢原子，结合形成更重、更稳定的原子核。这种结合的结果以热的形式释放出大量的能量。
迄今为止最可行的过程是将氢的两种同位素氘和氚聚变形成氦。在这个反应过程中，中子等粒子也会被释放。在氘和氚的聚变中，每次聚变反应会释放 17.6 MeV（数百万电子伏特）。该能量比核裂变获得的能量大得多。
核聚变的主要优点之一是可以从海水中提取氘，使其在燃料供应方面几乎不受限制。另一方面，氚虽然不如氘丰富，但可以通过用中子轰击锂在聚变反应堆本身中产生。
核聚变是如何完成的？
在地球上实现核聚变需要重现极端条件，类似于恒星核心中发生的情况。为了使原子核发生聚变，它们必须克服它们之间的自然静电斥力，为此它们需要达到数百万摄氏度的温度。
在托卡马克和仿星器等实验反应堆中，原子被加热到超过 100 亿度，以产生足够的速度和能量，使原子核足够靠近并融合。在这些温度下，物质不再处于固态、液态或气态，而是处于等离子体态，即带电粒子的电离气体。
聚变的主要问题是地球上没有任何材料可以承受如此高的温度而不熔化。因此，在聚变反应堆中，等离子体必须受到强大的磁场的限制，以防止其接触反应堆的壁。这是磁约束的方法，包括使用超导磁体将等离子体保持在环形（环形）几何形状内。
另一种方法是惯性约束，其中使用激光或粒子束将微小的氘氚胶囊压缩到极高的密度，导致粒子在有时间膨胀之前融合。这种方法的一个著名例子是美国国家点火装置（NIF），它在惯性聚变研究方面取得了重要的里程碑。
科学遏制策略
尝试实现受控核聚变有两种主要技术：磁约束和惯性约束。
磁约束： 该方法基于使用强大的磁场来遏制热等离子体。在反应堆中 托卡马克例如，环形磁体负责使等离子体远离反应堆壁，从而允许聚变过程发生而等离子体不会太快冷却。
这项技术的最大挑战之一是等离子体中只有一小部分粒子能够融合。为了使聚变在经济上可行，必须实现 50% 以上的等离子体效率，称为 劳森准则。尽管太阳因其巨大的质量而受到引力约束，但在地球上我们无法复制这些压力，因此我们需要达到更高的温度。
惯性约束： 惯性约束提出使用激光或粒子束来压缩氘和氚胶囊，而不是用磁场来容纳等离子体。这个想法是，通过将这些胶囊压缩到极高的密度，然后快速加热它们，在粒子移动太多之前触发聚变。
这两种方法都有其优点和缺点，科学家们继续研究哪种方法将使聚变反应堆在商业上可行。
什么时候在商业上可行？
尽管近几十年来取得了进步，但核聚变距离商业化还需要几十年的时间。据估计，第一座商用核聚变反应堆可能在 2050 年左右出现，尽管这一日期很大程度上取决于技术进步和持续的研究经费。
然而，最有前途的项目之一是 国际热核实验堆 （国际热核实验反应堆），一项国际努力，旨在证明通过磁约束进行核聚变的技术和科学可行性。如果 ITER 测试成功，有望为商业聚变反应堆的创建铺平道路。
另一个重大进步是开发了 高温超导体 用于聚变反应堆的磁铁。麻省理工学院的研究人员开发出了一种超导磁体，它能产生比传统磁体更强大的磁场，而且能耗低得多。研究表明，这项技术可以将聚变反应堆的成本降低 40 倍，使商业聚变不仅可行，而且在成本方面具有潜在竞争力。
为了使聚变成为现实，不仅需要科学突破，还需要更广泛的国际合作以及支持长期研究的政治和财政承诺。聚变有潜力成为一种清洁、安全和几乎无限的能源，但它需要持续的投资和全球协调的努力。
核聚变代表着巨大的能源前景，它将解决我们文明在可持续性和能源安全方面面临的许多问题。然而，这项技术面临着巨大的科学、技术和后勤挑战。随着研究的进展，人们希望在未来几十年里，核聚变最终能够从实验室走向世界能源供应的一部分。