什么是核聚变?为什么它很重要?

核聚变是一种人造过程，它复制的能量与太阳能相同。当两个或多个原子融合成一个更大的原子时，就会发生核聚变，这一过程会以热的形式产生大量的能量。

几十年来，世界各地的科学家一直在研究核聚变，希望用一种新的能源来重新创造核聚变，这种能源可以提供无限的、无碳的能源，而不像目前的核反应堆那样产生核废料。核聚变项目主要使用氘和氚两种元素，它们都是氢的同位素。

一杯水中的氘，加上一点氚，可以为一所房子提供一年的电力。氚更稀有，获取起来也更困难，尽管它可以被合成。

“与煤炭不同，你只需要少量的氢，它是宇宙中发现的最丰富的东西，”碳直接首席科学家、劳伦斯利弗莫尔前首席能源技术专家胡里奥·弗里德曼告诉CNN。“氢存在于水中，所以产生这种能量的物质是无限的，而且是清洁的。”

 

核聚变和核裂变有什么不同?

一提到核能，人们就会想到冷却塔和蘑菇云。但是核聚变是完全不同的。

核聚变将两个或两个以上的原子融合在一起，而裂变则相反;它是把一个较大的原子分裂成两个或多个较小的原子的过程。核裂变是当今世界各地为核反应堆提供动力的一种能源。和核聚变一样，原子分裂产生的热量也被用来产生能量。

根据美国能源部的说法，核能是零排放的能源。但它会产生挥发性放射性废物，必须安全储存，并存在安全风险。核熔毁虽然罕见，但在历史上也曾发生过，造成广泛而致命的后果，比如福岛和切尔诺贝利反应堆。

核聚变不会带来同样的安全风险，而且用于核聚变的材料的半衰期比裂变短得多。

核聚变能源最终如何点亮你家里的灯?

产生核聚变的方法主要有两种，但结果都是一样的。两个原子的聚变会产生巨大的热量，这是产生能量的关键。这些热量可以用来加热水，产生蒸汽，转动涡轮机来发电，就像核裂变产生能量一样。

利用核聚变能源的最大挑战是将其维持足够长的时间，以便为全球的电网和供暖系统供电。美国的成功突破是一件大事，但它的规模仍然远远小于产生足够的能量来运行一个发电厂，更不用说成千上万的发电厂了。

伦敦帝国理工学院惯性聚变研究中心联合主任杰里米·奇滕登说:“这相当于烧开10壶水。”“为了把它变成一个发电站，我们需要获得更多的能源，我们需要多得多的能源。”

 

为什么能源部即将宣布的关于核聚变反应导致净能量增加的公告很重要?

这是科学家们首次成功地制造出一种能获得净能量的核聚变反应，而不是像过去的实验那样做到收支平衡。

虽然在商业上可行之前还有很多步骤，但科学家们必须证明他们可以创造出比开始时更多的能量。否则，开发它就没有多大意义了。

弗里德曼在接受CNN采访时表示:“这非常重要，因为从能源的角度来看，如果你释放的能量不超过你输入的能量，它就不能成为一种能源。”“之前的突破很重要，但这与生产有朝一日可以大规模使用的能源是两码事。”

核聚变发生在哪里?

美国、英国和欧洲有几个核聚变项目。法国是国际热核实验反应堆的所在地，有35个国家正在进行合作，其中包括主要成员中国、美国、欧盟、俄罗斯、印度、日本和韩国。

在美国，大部分工作是在加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施进行的，该实验室的建筑面积有三个足球场那么大。

国家点火设施项目通过所谓的“热核惯性聚变”从核聚变中产生能量。在实践中，美国科学家将含有氢燃料的颗粒发射到近200个激光阵列中，基本上以每秒50次的速度制造了一系列极快、重复的爆炸。从中子和粒子中收集的能量以热的形式被提取出来。

在英国和法国的ITER项目中，科学家们正在使用巨大的甜甜圈形状的机器，上面装有被称为托卡马克(tokamak)的巨型磁铁，试图产生同样的结果。当燃料被放入托卡马克后，它的磁铁被打开，内部的温度会呈指数上升，从而产生等离子体。

等离子体需要达到至少1.5亿摄氏度，比太阳核心热10倍。然后中子逃离等离子体，撞击托卡马克壁上的“毯子”，并以热的形式传递动能。

下一步是什么?

科学家和专家们现在需要弄清楚如何在更大的范围内从核聚变中产生更多的能量。

与此同时，他们需要弄清楚如何最终降低核聚变的成本，以便将其用于商业用途。

奇滕登说:“目前，我们为每一个实验都花费了大量的时间和金钱。”“我们需要大幅降低成本。”

科学家还需要收集核聚变产生的能量，并将其转化为电能输送到电网。核聚变技术要想生产出无限量的清洁能源，还需要数年甚至数十年的时间，而科学家们正在与时间赛跑，与气候变化作斗争。

弗里德曼说:“这不会对未来20-30年的气候减缓做出有意义的贡献。”“这就是点燃火柴和建造燃气轮机的区别。”