2026-09-13
核聚变有多诱人?科学家:0.6吨核聚变燃料,相当于200万吨优质煤
可控核聚变被人类称为"无限的清洁能源",也就是说,一旦掌握了可控核聚变技术,人类便可拥有近乎无限的能源可供使用,从此不必再担心能源短缺以及环境污染的问题。 当前人类所使用的能源主要来源于石油和煤炭,而这些化石能源是有限的,终有耗尽的一天。 因此,必须设法从根本上解决这一问题,而可控核聚变正是这一问题的答案。 回望人类的能源利用史,会发现一个颇为有趣的现象,从祖先从树上下来开始直立行走,到发射火箭把宇航员送上太空和月球,在这几十万年里,人类对能源的使用方式几乎没什么根本性的改变。 不论是古代的钻木取火、柴草煤炭,还是近代以来的石油和天然气,这些能源在本质上都属于化学能,都是通过破坏燃料的化学键来获得能量。 就连现代化的发电厂,其电能的产生方式,说到底也不过是简单粗暴的"花式烧开水"而已——烧煤烧气产生高温蒸汽,推动汽轮机旋转,进而带动发电机运转。 这样的能源利用方式,效率并不算高,而且始终受限于化石燃料的储量。 要想真正跳出这一循环,就必须找到一种全新的、能量密度远超化学能的能源形式。而核聚变,恰恰就是这样一种候选者。那么,为什么说掌握了可控核聚变技术,就意味着拥有近乎无限的能源? 核聚变是较轻的元素结合为更重的元素并释放能量的过程,人类所使用的核聚变燃料,与太阳当前所燃烧的燃料相同,均以氢核聚变为主。之所以强调是"与现在的太阳"燃料相同,是因为恒星在每个演化阶段,其核心所进行的核聚变燃料是不同的。 在主序星阶段,恒星以氢为主要燃料,更准确地说,是以氢的同位素进行聚变反应;而当恒星走过主序星阶段之后,其核心的聚变反应则会逐步转变为重核聚变。重核聚变启动的条件要比轻核聚变苛刻得多,人类目前尚无法启动重核聚变。 太阳现在正处于主序星阶段,所以与人类目前所使用的核聚变材料相同,均为氘和氚。这便是太阳核聚变燃料随演化阶段而变化的大致情况。 氘和氚都是氢元素的同位素,氢没有中子,氘拥有一个中子,氚则拥有两个中子,这是三者之间的主要区别。当以氘和氚作为聚变燃料时,一个氘原子与一个氚原子会结合形成一个氦原子,在这一过程中会伴随质量的损失。 根据核聚变反应释放能量的机制,也就是爱因斯坦著名的质能关系式: =2 可以得知核聚变反应中的质量损失能够释放出巨大的能量。 这里的是光速,其数值极为庞大,即便是极其微小的质量亏损,一旦乘上光速的平方,所释放的能量也是惊人的。那么这份能量究竟有多大呢? 平均一克氘氚核聚变所产生的能量,就相当于8吨汽油燃烧所释放的能量。换一个更直观的对比来看,仅仅0.6吨的核聚变燃料,所能释放的能量就相当于200万吨优质煤炭燃烧的总和。 两相比较,化学能和核能之间的鸿沟一目了然。由此可以想见,核聚变的能量释放能力是何等强大。那么,氘和氚这两种燃料又要到哪里去寻找? 它们的总量究竟有多少?是否同样会有用完的一天? 氘和氚可以从海水中直接获取,也就是说,可控核聚变一旦获得成功,人类将能够以海水作为能源来源加以利用。一升海水中大约含有30毫克的氘,因此,若是将一升海水中的氘全部用于核聚变反应,那么它所释放的能量就相当于300多升汽油的能量。 一升海水就可抵得上300多升汽油,这是一个相当惊人的概念。 要知道,地球表面约有71%都被海洋所覆盖,海水的总量以立方公里计,这意味着未来的能源基地几乎就在我们脚下、在触手可及的每一片海域之中。 而海水中氘的总量约为40万亿吨,按照目前全世界消耗能源的速率来计算,全球海水中的氘所能产生的聚变能可供人类使用数百亿年之久。而根据科学家的估算,太阳的剩余寿命大约仅有50亿年。 也就是说,一旦掌握了可控核聚变技术,即便到了地球毁灭之时,人类的能源也依然不会耗尽。正是在这个意义上,可控核聚变被称为"无限能源"。 与此同时,核聚变还有一个不容忽视的优点——清洁。氘氚聚变的主要产物是氦,一种无毒、无害、化学性质极为稳定的惰性气体,不会像化石燃料那样排放大量二氧化碳、二氧化硫和粉尘颗粒,也不会像重核裂变那样留下大量长寿命的放射性废料。 这就意味着,人类不仅能够获得近乎无限的能源,还能同时摆脱困扰工业时代已久的环境污染和气候变化问题。 当然,要真正驯服"人造太阳"绝非易事。 核聚变反应之所以能够在太阳内部持续进行,是因为太阳核心拥有1500万度左右的高温和极其巨大的引力压强。 而在地球上,缺少太阳那样的引力约束,为了让氘氚等离子体维持稳定的聚变状态,反应堆内部的温度必须达到1亿度以上——这大约是太阳核心温度的六七倍。如何在如此极端的高温下,用磁场将等离子体稳定地"托住",是几十年来全世界科学家共同面对的核心难题。 在此前的内容中还曾经提到,我国的东方超环目前处于世界可控核聚变实验装置的最前列,正一步步走向成功。它已经多次刷新等离子体高温运行时间的世界纪录,为人类真正走向聚变发电积累着宝贵的实验数据。 因此有理由相