科學家們致力于建立實用的核聚變，在尋求利用恒星的力量在地球上獲得具有成本效益的清潔能源方面已經達到了一個里程碑。

什么是核聚變?核聚變結合兩個輕原子核形成一個更重的原子核，發生在超高溫下，并伴隨著大量能量的釋放。

聚變反應是恒星的主要能源，包括太陽。然而，這種反應只能在極熱和極壓的情況下發生。高溫提供了足夠的能量來克服原子核之間的相互電排斥。原子核之間的吸引力核力將超過排斥力，并允許它們在彼此相當接近時融合。太陽巨大的引力產生的巨大壓力為聚變創造了理想的環境。

由于地球上的低壓，無法復制受控聚變反應的相同條件。然而，過去幾年已經取得了重要的里程碑，希望核聚變能的工業化生產能夠很快成為現實。

核聚變的最新突破

聯合歐洲圓環

牛津聯合歐洲圓環 (JET) 實驗室的科學家在開發實用核聚變方面邁出了重要一步。

JET 使用金屬鈹和鎢代替碳來形成封閉磁場的 80 立方米環形容器的新壁。結果，在 5 秒內產生了 59 兆焦耳的能量，這是 1997 年類似實驗結果的兩倍。

JET實驗的結果有望為國際聚變實驗反應堆(ITER)的未來成就奠定基礎。ITER 將能夠以較低的初始成本產生無限量的能量。

第一光融合

位于牛津的初創公司First Light Fusion 憑借其獨特的射彈技術，通過核聚變產生了能量。

該方法壓縮燃料芯塊以在極高溫度下融合兩個原子。該過程包括以 6.5 公里/秒的速度從 22 米的瓦斯加農炮向氚和氘彈丸發射 100 克子彈。這種方法產生的聚變能源成本可能低至每兆瓦時 25 美元，而傳統核能的成本為每兆瓦時 100 美元。

國家點火裝置 (NIF) 

國家點火裝置 (NIF) 使用慣性約束聚變來觸發核聚變。2021年8月達到了一個重要的里程碑，當時國家點火裝置 (NIF) 的輸出功率超過 1.3 兆焦耳。

一組激光放大器將激光聚焦到氫燃料顆粒上，在不到 100 萬億分之一秒的時間內產生了超過 10 萬億瓦的聚變能量。

這些突破對無限清潔能源的未來意味著什么?

核聚變是無限清潔能源的來源，其燃料儲備實際上取之不盡用之不竭。

在核聚變過程中，物理學家更喜歡使用氘和氚(氫同位素)作為燃料。氘在水中的濃度足夠高。裂變反應堆或向聚變反應堆添加鋰都可以產生氚。雖然鋰在陸地上并不豐富，但海水足以使聚變發電 30,000 年。

聚變反應釋放的能量比裂變多，大約是化石燃料的 400 萬倍。只有幾克燃料可以提供幾千年的能量。

從長遠來看，核聚變提供了一種無限的綠色能源，它根本上是安全的，因為它不能啟動一個失控的過程。

核聚變的挑戰

在實驗室中，聚變過程需要比它們產生的能量更多的能量來點燃。

對于 JET，使用了兩個 500 兆瓦的飛輪進行測試。聚變使用氘和氚的等離子體狀態混合物，科學家在探索聚變之前幾乎沒有經驗。

等離子體在聚變反應堆中被加熱到極高的溫度，然后被磁鐵壓縮。然而，部分材料逸出并撞擊反應堆墻壁上的鎢制裝甲板。核聚變反應堆會產生沒有放射性的中子。然而，反應堆的墻壁由于其高能量影響而具有放射性。

其他核聚變發展

中國物理學家取得了可以為地球提供清潔和無限能源的突破。

12 月 30 日，他們的核聚變反應堆，即實驗性先進超導托卡馬克，在 17 分 36 秒內保持了 5 倍太陽核心溫度的溫度。國際科學界對這種人造太陽的成就表示歡迎。

Fusion Systems 和麻省理工學院的科學家于 2018 年初開始開發新反應堆，該反應堆將比其前身更緊湊。他們預計建造一個小型、高效且易于擴展的托卡馬克反應堆。如果一切按計劃進行，一個名為 Sparc 的核反應堆可能會在 2030 年開始為電網發電。

還需要什么?

盡管商業融合似乎難以逾越的障礙，但研究人員在過去 70 年中取得了重大進展。

牛津大學慣性聚變研究教授彼得·諾里斯說，最近的發展表明了很多潛力。然而，這并不意味著聚變能即將出現。

盡管聚變過程缺乏凈功率增益，但一些研究已經實現了聚變反應。通過全球伙伴關系和合作調動的資源數量將決定重現輝煌進展所需的時間。

核聚變的未來展望

制造人造恒星本質上是聚變反應堆的目標。一個多世紀以來，科學家們一直在研究聚變的物理學并努力利用這一過程。

隨著通過能源生產脫碳來應對氣候變化影響的壓力越來越大，最近取得的重大成就標志著融合路線圖向前邁出了一大步，作為應對全球能源危機的安全、高效、低碳手段。

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