押宝终极能源，可控核聚变究竟是什么？
发布时间：2023-05-25 17:38:40
来源：电动湃
根据路透社的报道，蔚来已经投资了一家开发核聚变技术的初创公司。这家新成立的公司名叫NeoFusion，将研究和开发旨在20年内将可控核聚变技术用于全球商业用途的技术。
(资料图片仅供参考)
在去年（2022年），蔚来和米哈游共同投资了核聚变能源公司“能量奇点”，该公司致力于探索核聚变的各种不同形式。
根据公开资料显示，世界范围内不少企业，都将目光放到了这一潜在的、新兴的能源形式上。
其中，就有OpenAI的首席执行官山姆·阿尔特曼向一家名为Helion Energy的核聚变初创公司投入了3.75亿美元。
另外，亚马逊创始人杰夫·贝索斯则投资了加拿大核聚变公司General Fusion；微软公司则已与核聚变初创公司Helion Energy签署购电协议，将于2028年从其购买电力。
当然，作为一家汽车媒体，我们更关心的是，在有生之年，我们是否能见证可控核聚变的商用化，甚至能否开上“核动力”汽车？
说起“核”，首先进入脑海的，除了一些奇奇怪怪的想法外，离我们生活最近的就是核电站。
这里的“核”，指的就是核裂变。裂变能是重元素（如铀、钚、钍等）的原子核在分裂成质量较轻的原子核过程中释放的能量。
目前人类已经掌握了可以控制分裂过程的技术，因此目前世界上所有的核电站都是通过可控裂变过程产生的“裂变能”进行发电的。
优点在于少量的原料就能产生巨大的电能，对环境污染少，且不会对化石燃料产生依赖。
至于缺点，补完美剧《切尔诺贝利》后，你可能就会有更切实的了解。同时，铀、钚等资源总量也十分有限。
除了核裂变外，在宇宙中，还有种普遍存在的核反应——核聚变。
核聚变是恒星（如太阳）的能量来源。其是指由质量小的原子核，主要是氘、氚和氦-3等，在一定条件下（如超高温和高压）发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大能量释放的一种核反应形式。
相比核裂变，核聚变有着十分重要的两大优点。首先，核聚变不会产生长寿命和高辐射的核废料，也不会产生温室气体，因此基本不会对环境产生污染。
其次，地球上蕴藏的“核聚变能”远比“核裂变能”丰富得多。
据估算，每升海水中就含有0.03g氘。虽然这个数量听上去并不多，但通过核聚变后能提供相当于300L汽油燃烧后释放出的能量。如果按照一辆家用车换算的话，可以让它行驶接近4000km。
地球上，仅在海水中就有45万亿吨氘，按照目前世界能源的消耗率换算，地球上蕴含的核聚变能可用100亿年以上。因此理论上，核聚变能可用称为人类“取之不尽，用之不竭”的能源。
这也就不难解释，为什么如此多的行业大佬，会将视野放在“新兴能源”领域了。
实际上，可控核聚变的历史可以追溯到二战后的20世纪50年代。
当时，前苏联物理学家、托卡马克之父Lev Artsimovich说过一句至理名言：
“当整个社会都需要的时候，聚变就会实现。”
虽然当时的科学家已经意识到了核聚变能带来的优势，但随即发现，要实现可控核聚变，却是一件非常困难的事情——
原子核带正电，它们之间存在很强的排斥力，要让聚变发生，原子核必须具有极高的动能才能克服排斥力，这要求燃料需要被加热至超过1亿摄氏度的高温，这个温度已经远超太阳表面。
此外，要让足够多的聚变发生，单位体积中原子核数目必须非常大，这样原子核之间才能频繁地碰撞、发生聚变。当然，让原子核长时间处于能够发生聚变的状态，也可以获得更多的聚变能量。
因此，一个系统的核聚变性能与原子核平均动能（温度）、原子核数密度（密度）和原子核处于能够发生聚变的时间（约束时间）三者直接相关。
于是，在过去的几十年里，经过科学家们的不屑努力，核聚变仍然没有能够达到足以商用发电的水准，甚至曾一度没有实现输出能量大于输入能量的能量增益。
用中文说，就是在目前大部分的实验中，需要引发核聚变所需要的能量远大于核聚变真正产生的能量。
核聚变反应的过程如同洪水猛兽一般，使得科学家很难预测它的状态，进而难以被约束在人类设计的牢笼中并达到聚变的条件。
目前，有两种形式被认为有潜力实现可控核聚变。其中，Lev Artsimovich设计的托卡马克约束构型被设计成了一个类似甜甜圈的形状，通过设计磁场在甜甜圈内部约束聚变等离子体，并有望在高温低密的条件下实现长时间运行。
在去年，中国托卡马克装置就实现了7000摄氏度的温度下持续放电1000秒，创造了世界纪录，仍未获得能量增益。
此外，中国、欧盟、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国正着手共同见草国际热核聚变实验堆（ITER），以验证和平利用核聚变能的科学和技术可行性。
激光惯性约束聚变是美国国家点火装置采用的方案，通过激光点燃装有氘氚聚变燃料的球形靶丸，在靶丸表面形成高温高亚的等离子体，利用反冲击力，驱动燃料向心聚爆，压缩和加热聚变燃料等离子体至高温度高密度状态，达到聚变点火条件。
其整个过程，有些类似于汽车发动机运转过程中，火花塞点燃了油汽混合气后，产生了推动活塞往复运动的力。
在这次实验过程中，释放了3.15MJ的聚能变量，相较于注入的2.05MJ能量，首次产生了54%的净能量收益，成为了实现清洁能源的里程碑。
至于真正能够实现可控核聚变商用化，是未来30年？或是50年？可以保持期待，但总觉得还是“遥遥无期”。
恒星依靠天然的引力，可以让原子核打破核融合所需要克服的静电能量壁垒，跨越库仑势垒，也实现了近乎完美的约束。
而我们却不得不依靠外加的能量以及强大的磁场，以期在地球上并不完美地复制这一过程。
人类对恒星巨大能源的追求是值得尊重的，但这其中所遇到的前所未有的困难也是合乎常理的。如果我们看到了另一种可能性呢？
那近乎无限的能量或许是存在的，只不过它被自然锁在了那扇门后面。只是除了引力这把钥匙之外，我们需要找到另一把钥匙。而那把钥匙，还没有真正被找到。
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