人類的終極能源核聚變再次傳來好訊息！
英國原子能研究所宣布，在去年 12 月的實驗中，歐洲聯合環狀反應堆（JET）在 5 秒內產生了 59 兆焦耳的持續能量，打破了該裝置在 1997 年創下的約 22 兆焦耳聚變能量的紀錄，創造了新的世界能源紀錄。這標誌著無限清潔能源的研究又向前邁進了一大步。
核聚變裝置
慶祝核聚變試驗成功
這一突破為核聚變能源的商業化套用鋪平了道路。核聚變能源被認為是一種無限清潔能源，是人類能源的終極目標。因為它不會產生溫室氣體或長期放射性廢物。相比現有的核能發電技術，核聚變能源具有更高的安全性和可持續性。
核聚變裝置
核聚變應該說是人類的終極能源，核聚變一旦成功商業化，對人類社會來說，那將是翻天地覆的巨變，人類可以去宇宙中的任何星球。這全新能源對人類這麽重要，那到底什麽是核聚變呢？
核聚變裝備內部
核聚變是一種核反應過程，其中兩個輕原子核結合形成一個更重的核，並伴隨能量釋放。核聚變是宇宙中普遍存在的一種現象，它不僅是恒星（包括太陽）發光發熱的能量來源，也是宇宙中重元素形成的主要途徑。在地球上，科學家們一直在研究如何實作可控的核聚變，以將其作為一種幾乎無限的清潔能源。
核聚變
具體來說，核聚變的過程涉及以下幾個關鍵因素：
輕原子核的結合：通常參與核聚變的輕原子核主要是氫的同位素，如氘和氚。在一定條件下，這些原子核可以克服電荷排斥力，接近到足夠近的距離，使得強大的核力起作用，從而結合在一起。
高溫高壓環境：為了使原子核能夠克服相互之間的電荷排斥力，必須將物質加熱到極高的溫度，通常達到數百萬甚至上億攝氏度。這樣的高溫一般只在星體內部或特定的實驗裝置中才能實作。
能量的釋放：當輕原子核結合成更重的核時，由於核的質素減少，這部份質素按照質能等價原理轉化為能量，表現為大量的熱能和輻射能釋放出來。這種能量釋放是極其巨大的，遠超過傳統的化學反應。
目前，人類已經實作了不受控制的核聚變，即氫彈的爆炸。然而，氫彈的爆炸性質使其不適合作為能源使用。因此，科學家們正在努力研究可控核聚變，以期將其作為一種清潔、高效、可持續的未來能源。
兩種核能的不同
那麽在中國核聚變研究近年來取得了哪些顯著的進展？
中國的核聚變研究在近年來取得了一系列重要成就，這些成就不僅展示了中國在這一領域的科研實力，也為全球核聚變能源的研究和發展做出了貢獻。以下是一些具體的進展：
中國的核聚變裝置
EAST實驗裝置的突破：中國的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）在2023年4月創造了新的世界紀錄，實作了1.2億度、403秒穩態高約束等離子體執行。這一成果不僅證明了EAST裝置的高技術水平，也為未來長期穩定執行的聚變反應堆提供了寶貴的數據和經驗。
HL-3的裏程碑：中國環流三號（HL-3）在2023年8月首次實作了100萬安培等離子體電流下的高約束模式執行。這個首次成功標誌著中國在等離子體物理研究領域邁出了堅實的一步，對於理解和控制高溫等離子體具有重要意義。
人才培養和積累的經驗：自1984年中國環流器一號（HL-1）建成以來，中國在可控核聚變領域培養了大批人才，並積累了豐富的設計和執行聚變裝置的經驗。這些人才和經驗為中國乃至全球的核聚變研究提供了堅實的人力資源基礎。
中國核聚變裝置
核聚變技術雖然前景廣闊，但我們國家目前仍面臨哪些技術和材料上的挑戰呢？
核聚變示意圖
首先，核聚變反應產生的高能中子會對反應堆的結構材料造成損害，這會加速材料的失效過程。這些中子還會透過核反應產生氚，而氚是一種放射性物質，需要妥善處理。在聚變堆中，氚是透過與鋰反應自持的，這意味著聚變堆的設計和執行需要考慮到氚的生產和回收。
其次，聚變堆的第一壁和結構材料在設計時雖然考慮了剩余輻射問題，采用了低活化材料，但這些材料的耐久性和安全性仍然是研究的焦點。這些材料的壽命結束後，如何處理它們也是一個需要考慮的問題。
再者，技術上的瓶頸也是核聚變發展面臨的挑戰之一。例如，實作穩定的等離子體狀態、高效的熱能轉換和長期穩定執行的技術都需要進一步的研究和發展。
核聚變
既然核聚變是人類的終極能源，那麽人類距離真正使用核聚變到底還有多遠的距離？
核聚變裝置
科學家們已經實作了在實驗室中的核聚變反應，但這些實驗通常是短暫且能量消耗巨大的，還無法實作持續的能源輸出。要使核聚變成為實用的能源，需要解決幾個關鍵問題：
1. 持續時間：目前的核聚變實驗通常只能維持較短的時間內，要實作商業化則需要持續穩定地控制核聚變反應至少幾個小時甚至更長時間內。
2. 能量平衡：核聚變反應產生的能量必須大於維持反應所需的能量。目前，實驗中產生的能量尚不足以覆蓋加熱和約束等離子體所需的能量。
3. 材料問題：核聚變反應產生的高能粒子和輻射對反應器材料的損傷是一個重要問題。需要開發新材料來承受這種極端環境。
4. 經濟可行性：即使核聚變技術能夠實作，還需要確保其經濟上的可行性，包括建造成本、執行成本和安全成本。
5. 安全性和社會接受度：公眾對於核能源的安全性有很高的關註，核聚變技術必須證明其安全性足以獲得社會的廣泛接受。
核聚變
盡管存在這些挑戰，現在國際上許多科研團隊在這一領域取得了顯著進展，例如中國的EAST實驗裝置和美國的國家點火裝置（NIF）等都在不斷重新整理記錄。雖然還有一段路要走，但核聚變作為一種理想的未來能源解決方案，其潛力巨大，正吸引著全球科學家的研究熱情。隨著技術的不斷進步，人類實作可控核聚變的目標正逐步變得清晰。科學家們預計，隨著技術的進步和規模化生產，核聚變發電站有望在本世紀內投入執行，為人類社會的可持續發展提供堅實的能源保障。
核聚變
在未來，我們期待著核聚變技術能夠克服剩余的技術障礙，實作從實驗室到工業套用的飛躍，為全球能源結構的轉型和環境保護做出更大的貢獻。
