美国可控核聚变重大突破？我觉得牛吹大了

年底了，很多人已经进入冲刺状态，开始努力刷成绩。

但谁能想到，科学家能比我们拼得更狠。

这不，在核聚变领域，中美出了两个大新闻。

先是11月22日，中核集团核工业西南物理研究院宣布创造了世界最大人造太阳国际热核聚变实验堆的核心部件mdashmdash被称为ITER ，Rdquo用于增强热负荷的第一壁。

然后，本周，美国能源部宣布，加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家已经在国家点火装置中实现了净能量增益也就是说，产生的能量多于输入的能量

一时间，关于核聚变的讨论更多了。

或许，美国能源部专门召开了一次新闻发布会，网上对后者的讨论格外热闹。

比如有媒体说美国会得到核聚变发电，

还有人发表阴谋论，说这是美国在敲打中东产油国。

那么，美国在核聚变方面取得的这个突破真的有那么厉害吗。

嗯，看你用什么标准了。

先说结论:这次实现了，净能量增益，很有科研价值，但基本没有应用价值。

为什么这么说慢慢听

众所周知，核聚变的原理是模仿太阳，将两个氢原子的质子融合产生氦原子。

不同的是，太阳由于质量巨大，可以直接依靠巨大的压力制造出最常见的同位素氢mdashmdash聚变发生，即被点燃，质子—质子链式反应。

在地球上，由于没有办法模拟太阳的条件，只能选择所有核聚变反应中最有可能发生的氘和氚的聚变反应。

美中不足的是地球上没有天然氚，还得人工制造，成本稍高。

为了让核聚变被人类有效利用，必须控制核聚变的速度和规模那么如何控制核聚变呢

目前地球人主要走两条技术路线。

一种是磁约束聚变，将燃料加热，氘氚在极高的温度下完全电离成由原子核和自由电子组成的等离子体。

然后，通过使用特殊的磁场，将超高温等离子体限制在有限的空间内，并允许它们螺旋运动，进一步加热等离子体，直到发生核聚变反应。

磁约束聚变主要基于托克马克装置，国际热核聚变实验堆和中国的东方超级环都是托克马克装置。

另一种是惯性约束聚变，利用多束精度极高的激光从各个方向轰击微小的核燃料，引起内爆产生瞬间高温高压，使燃料发生压力巨大的核聚变反应。

这种方法在原理上和引爆氢弹没什么区别典型的装置是美国劳伦斯实验室的国家点火装置

此外，中国申光也是激光核聚变装置的代表。

既然方法都想到了，那就卷起袖子好好干吧你为什么做永远50年茎在哪里

这是因为，无论哪种方法，都难以克服两大技术难点。

至于这次美国人取得的技术突破，虽然被美国能源部长评价为里程碑式的成就，其实我一个问题都没解决。

詹妮弗·米德多特，现任美国能源部长，格兰霍姆▼

两大问题是什么。

第一个技术问题是使聚变反应堆中的温度长期稳定地超过核聚变的临界温度。

科学家计算，为了启动和维持核聚变反应，反应堆内部需要长时间保持在约2亿摄氏度的高温下。

磁约束聚变的方法是利用磁场构建一个肉眼看不见，能够承受2亿摄氏度高温的反应堆。

tokmak装置结构示意图▼

但这种方式磁场不稳定，设备内部不断受到高温带电粒子的冲击，无法长时间稳定运行。

至于美国人这次用的惯性约束聚变，因为本质上相当于小型氢弹爆炸，所以不用担心温度达不到2亿摄氏度但如果要用在电厂发电，需要每秒引爆十次核聚变

而且这套设备的占地面积还是很大的，有三个足球场那么大▼

既然做不到持续引爆自然没有办法长期稳定的维持超高温。

第二个技术问题是核聚变装置正在实现Rdquo之后，整体能效大于1。

看到这个难题，你可能会惊讶核聚变释放这么多能量，为什么整体能效不能大于1

现实就是这么无奈核聚变虽然能释放大量能量，但人类启动核聚变花费的能量更多

以磁约束核聚变为例为了使装置内部达到2亿摄氏度的高温，需要用几千万瓦左右的微波装置加热环中心，但这一项足以使能量使收支平衡，走吧

托克马克内部▼

更不用说用来产生足够强的磁场什么的能量了。

你可能会好奇，美国人这次不是说应运而生，净能量增益姚，这个问题能解决吗。

当然不是。

这一次，虽然美国科学家在实验中产生了3.15兆焦耳的反应输出能量，但这比用于触发反应的输入能量多了近50%。

可是，这是聚变产生的中子能量与输入激光能量的比值，而不是输出电能与输入电能的比值。

国家点火装置的激光能量转换成X射线▼

实际上，为了发射2.05 MJ的激光，要消耗300 MJ的电能，整体能效远小于1。

这也是为什么，差评君一开始就说这个LLNL研究没有应用价值。

既然没有应用价值，这个发布会是美国能源部的官员和科学家，在王婆卖瓜吗mdash吹牛呢

你也不能这么说。

在科研层面，这个突破是非常有价值的。

2013年10月，LLNL宣布聚变反应仅产生14 kJ能量，激光能耗达到1.8 MJ，净能量增益仅为0.77%。

现在只有2.05兆焦耳的能量，释放的能量会增加到3.15兆焦耳，增加了200倍背后一定有很多工程经验

这些年来该装置聚变能量的变化

别的不说，至少科学家想通了，让国家点火设施稳定生产高能输出体验。

这意味着科学家可以在此基础上做进一步的研究。

就算这个美国的技术突破最后不能用来发电，也可以用来研究其他东西。

例如，中国工程院院士杜湘万在接受采访时表示，美国国家点火装置的相关研究可以用来模拟核爆炸，研究核武器的性能。

杜祥万院士▼

此外，如果拓展思路，可以发现这些研究成果还可以用于高能物理实验，模拟超新星爆炸，恒星和巨型行星内核的环境，探索宇宙。

核武器，宇宙探索，哎，你是怎么想到《三体》里的Rediaz的。

说到核聚变发电，这两年核聚变领域确实引人关注。

特别是去年以来，国内外很多民间资本都在涌入核聚变领域。

比如硅谷创业孵化器YC前CEO萨姆·米德多特，奥特曼，PayPal联合创始人彼得·米德多特，Thiel和其他硅谷名人和风险投资机构已经向Helion投资了5亿美元，

Helion的核聚变原型▼

从麻省理工独立出来的核聚变创业公司CFS拿到了Bill middot盖茨，乔治·米德多特，索罗斯，谷歌等30位富豪，公司或机构筹集了超过18亿美元的融资，这比当年美国政府对核聚变研究的资助还多。

在国内，星环聚能，能源奇点等核聚变领域的创业公司也完成了数亿元的大规模融资这些私人公司给核聚变研究带来了很多新气象

比如前面提到的CFS公司发明了一种高温超导材料来包裹聚变反应堆的外壳。

CFS公司的原型反应堆▼

这可以使聚变反应堆的磁场强度提高数倍，从而大大提高核聚变的发电效率，减小反应堆的体积。

反正核聚变的新老玩家一起，让人类走向可控核聚变的技术之路，走向条条大路通罗马，脸色大变。

也许，在我有生之年，真的能看到可控核聚变的实现。

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