砸两千亿欧元研究新能源，量产仍是难题，可控核聚变是纸上谈兵？

发布者：寒阴复晴 2023-7-23 17:39

很多大国都在寻找化石燃料的可替代清洁能源，期望着既可以告别对石油的依赖，也能告别某些地区对能源的价格垄断，减少温室气体的排放的同时加快速度进入净零时代。因此一种新型清洁能源应运而生，可控核聚变的潜力备受瞩目。

克服库仑力的核聚变

可控核聚变并不是某种类似石油、天然气的能源，而是一个将轻元素核融合为更重元素并释放巨大能量的过程。在这个过程中，聚变反应会在高温和高压环境下进行，以克服原子核之间的强大电荷排斥力，并使核间距足够接近以克服库仑力，使得核反应发生。

所谓的库仑力是物理学中的一个基本概念，它主要描述了电荷之间相互作用的力量。简单来说，库仑力的本质就是静电，也就是电荷之间的相互吸引或排斥而产生的力。根据库仑定律，具有相同符号的电荷之间的库仑力是排斥力，而具有相反符号的电荷之间的库仑力是吸引力。

而在核聚变中，库仑力起着关键作用，是克服核间斥力的主要力量。原子核之间的库仑排斥力能够有效克服它们的静电斥力，使得核与核之间克服核力的作用，它们靠得足够近从而发生聚变反应。

最常见的可控核聚变方法是使用类似于太阳中的氢同位素，即氘和氚进行聚变，因为在高温环境下的等离子体中，氘和氚的核可以融合成氦，并释放出巨大的能量。太阳就在持续发生这一过程，因此才产生了巨大的能量和光。

可控核聚变与其他能源

包括美国在内的很多国家都在研究可控核聚变，并且一直致力于在这一领域取得突破。在美国，有多个可控核聚变项目在进行，其中最著名的是国际热核聚变实验堆，这是一个由多个国家共同参与的大型合作项目，旨在建造一个能够实现长时间、高温、高能量输出的聚变实验堆。

这些努力的目标是实现可持续、清洁、高效的能源供应，以满足未来能源需求，并为解决气候变化等问题作出贡献。在能源领域，可控核聚变确实有很多突出的优势，首先，它是一种几乎无限的能源来源，依靠合并轻元素来释放能量，而轻元素在地球上非常丰富。

相比之下，传统能源如石油、煤炭和天然气是有限资源，随着时间的推移逐渐枯竭。其次，核聚变是一种极清洁的能源形式。与化石燃料燃烧产生的二氧化碳和其他有害气体相比，核聚变几乎不会产生温室气体排放，它在整个过程中只释放出水蒸气。

最后，核聚变还具有高效能的特点。它的能量密度远超过传统能源，只需少量燃料就能释放大量能量。这使得核聚变成为一种非常强大的能源选择，可以满足大规模能源需求，例如为城市、工业和交通提供可靠的电力。

可控核聚变仍是纸上谈兵？

就像地球上其他的能源，尤其是大多数新兴能源一样，可控核聚变也面临着很多技术难关，与其突出优势相对的是那些不容忽略的劣势。正是这些技术难关让它只能小规模实验和使用，很难真正投入到真实世界之中。

可控核聚变作为一种理论上非常有潜力的能源技术，首先面临着产生环境的限制。高温和高密度条件是可控核聚变过程中必不可少的，实现这样的条件需要超过数百万度的高温，并在等离子体中维持足够高的密度和持续时间。

与此同时，等离子体的稳定性也是一个问题，等离子体是可控核聚变的关键组成部分，但等离子体很容易受到不稳定性的影响，例如热不稳定性、磁流体不稳定性和粒子输运等，这些不稳定性会导致能量损失和聚变反应中断。

其次，可控核聚变中使用的材料需要能够承受高温、高辐射和高粒子流等极端环境。这些条件其实不仅对材料的耐受性提出了极高的要求，也对相关工作人员的防护设备提出了极高的要求，毕竟高辐射对人体的伤害也不容小觑。

最后，可控核聚变技术还没有达到实用化阶段的一个很大原因是其能量输入与输出之间的比例仍然不够理想。大量能量用于维持等离子体和磁场，而实际的能量产出相对较低。这就涉及到了成本问题，实现可控核聚变的经济可行性面临着很大挑战。

就拿国际热核聚变实验堆举例来说，作为最大的可控核聚变实验项目，它在为核聚变未来商业化应用奠定基础。然而根据2020年的数据，该项目的总成本约为2000亿欧元，这包括建设、设备、运营和维护费用。