近日，英國(guó)卡勒姆聚變能源中心（CCFE）宣布，世界上規(guī)模最大的核聚變反應(yīng)堆——“歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆”（JET），成功在五秒鐘的融合爆發(fā)中，釋放出59兆焦耳（MJ）的能量，是同一設(shè)施在25年前創(chuàng)下的紀(jì)錄的兩倍多。這意味著距離使用聚變能源作為未來的可持續(xù)能源近了一大步。可控核聚變利用太陽(yáng)燃燒的原理來釋放熱量，這類裝置通常被稱作“人造太陽(yáng)”，被視為未來能源方式。

試驗(yàn)的成功，被譽(yù)為是使聚變成為可行和可持續(xù)的低碳能源的“重要里程碑”。

倫敦帝國(guó)理工學(xué)院核材料領(lǐng)域的溫曼博士指出，雖然實(shí)驗(yàn)只釋放了5秒鐘的聚變能量，但這證明了它可以以可持續(xù)的方式燃燒。他說：“五秒聽起來不算多，但如果你能把它燃燒五秒，想必可以讓它保持穩(wěn)定并燃燒許多分鐘、許多小時(shí)甚至許多幾天，這就是一個(gè)像樣的聚變發(fā)電廠所需要的�！�

【核聚變被視為未來能源方式】

“歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆”呈甜甜圈的環(huán)形形狀，是為了容納加熱至攝氏1億5千萬度的等離子體或高度電離氣體而建成，這個(gè)溫度相比太陽(yáng)中心熱10倍。原子核在此極端的溫度下可以融合在一起，形成新元素并釋放巨大能量。

這個(gè)反應(yīng)堆主要研究利用氫原子的兩種同位素“氘”（元素符號(hào)為 D）和“氚”（元素符號(hào)為 T）作為燃料，能否結(jié)合形成氦氣產(chǎn)生聚變。最新研究結(jié)果表明是可行的，并為設(shè)于法國(guó)的“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆”（ITER）提供了重要的確認(rèn)。那是一個(gè)更大的聚變項(xiàng)目，計(jì)劃在2035年開始燃燒氘氚燃料，最終產(chǎn)生的熱量將超過將其等離子體保持在高溫所需的熱量。

若ITER實(shí)驗(yàn)成功，歐洲將建造一座示范發(fā)電廠，嘗試向電網(wǎng)提供聚變能源。聚變能源不會(huì)釋放溫室氣體，而且每一公斤聚變?nèi)剂纤�含能量，大約是一公斤煤、石油或天然氣的一千萬倍，其前景極具吸引力。

【太陽(yáng)能量來源于核聚變】

對(duì)于太陽(yáng)，我們都有一個(gè)問題，為什么太陽(yáng)能夠一直持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)光發(fā)熱？它到底是什么原理？

最開始人們認(rèn)為，整個(gè)太陽(yáng)都是煤，一直在燃燒，但是科學(xué)家經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)論是錯(cuò)的�？萍技艺J(rèn)為，如果太陽(yáng)是個(gè)煤球，它燒不了太長(zhǎng)時(shí)間，最長(zhǎng)燃燒不到1億年，因?yàn)樘��?yáng)是屬于黃矮星，黃矮星的壽命約100億年，目前太陽(yáng)的歲數(shù)約為45．7億歲，按這個(gè)歲數(shù)，太陽(yáng)早已“熄火”了。

科學(xué)家亞瑟·斯坦利·愛丁頓在1919年拍照日食，1920年，他第一個(gè)提出，恒星的能量是來源于核聚變，也就是說，太陽(yáng)之所以能夠發(fā)光發(fā)熱，是由于內(nèi)部發(fā)生核聚變。

1936年，漢斯·阿爾布雷希特·貝特證實(shí)了太陽(yáng)內(nèi)部在發(fā)生核聚變，他計(jì)算出，太陽(yáng)的能源實(shí)際上是氫原子經(jīng)過四個(gè)步驟的核聚變反應(yīng)后最終形成了氦。

【核裂變和核聚變的區(qū)別】

核裂變也許我們相對(duì)比較熟悉，是核電站的發(fā)電原理。核裂變是指較重的原子核分裂成較輕的原子核的過程，

而核聚變剛好相反，核聚變是指較輕的原子核結(jié)合成較重的原子核的過程。

核聚變和核裂變都能夠釋放出巨大的能量。

此外，核裂變的原材料主要是鈾235和人工合成的钚239，都來源于礦產(chǎn)資源，在自然界中，鈾235的豐富度只有0．7％左右。核電站、核武器都是核裂變的原理。而且核電站還要擔(dān)心核泄漏和核廢料處理的問題。

而核聚變的原材料是氫的同位素、重氫以及氘和氚，是取之不盡、用之不竭的原料，從海水中就可以提取很多聚變材料。1升的海水可以提取大概33毫克的聚變?cè)�料，安全清潔。而且，核聚變不�?huì)泄漏，就算泄漏也沒事，因?yàn)楹司圩兊姆磻?yīng)條件比較苛刻，必須在高溫、高壓、高密度的條件下才會(huì)發(fā)生核聚變。聚變?cè)�料的放射性也很弱，氫的同位素氘和氚是有放射性，但放射性半衰期�?2年，20－30年放射性就會(huì)消失。核聚變也不會(huì)產(chǎn)生霧霾、二氧化碳等污染。

在能量釋放方面，1克的鈾235經(jīng)過核裂變后，相當(dāng)于1．8噸的石油，算是很可觀的效率。

而核聚變的能源效率更加高，1克的氫以及氫的同位素，核聚變后相當(dāng)于8噸的石油，是核裂變的4－5倍。

【如何實(shí)現(xiàn)可控核聚變】

目前，核裂變已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，核電站已在全球廣泛使用。

而核聚變其實(shí)也實(shí)現(xiàn)了，是氫彈，但是，氫彈的能量釋放無法控制，一下子就爆了。所以，必須實(shí)現(xiàn)可控核聚變，才能讓核聚變具備商業(yè)價(jià)值。

要實(shí)現(xiàn)可控核聚變，必須要保證5000萬甚至1億攝氏度的高溫、高壓、高密度的環(huán)境。此外，聚變的時(shí)間要夠長(zhǎng)，因?yàn)榫圩儠r(shí)間長(zhǎng)，才能持續(xù)的放電，才能有利于解決人類的能源問題。所以，控制核聚變的速率，也是科學(xué)家要研究的問題。

【中國(guó)的“人造太陽(yáng)”項(xiàng)目創(chuàng)造了新紀(jì)錄】

2021年12月30日，我國(guó)“人造太陽(yáng)”——全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（簡(jiǎn)稱“EAST”）創(chuàng)造新紀(jì)錄，它實(shí)現(xiàn)了在7000萬攝氏度的高溫下，長(zhǎng)達(dá)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間。

簡(jiǎn)單來說，EAST這次1056秒的實(shí)驗(yàn)，是在前所未有的時(shí)間長(zhǎng)度上，試驗(yàn)了維持高溫等離子體穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)，但并沒有實(shí)現(xiàn)有效的核聚變反應(yīng)。

中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院副院長(zhǎng)、等離子體物理研究所所長(zhǎng)宋云濤接受媒體公開采訪時(shí)表示，“2021年12月30日的千秒量級(jí)等離子體運(yùn)行再次挑戰(zhàn)了世界托卡馬克紀(jì)錄，我們?nèi)�面�?yàn)證了未來聚變發(fā)電的等離子體控制技術(shù)，推動(dòng)其從基礎(chǔ)研究向工程應(yīng)用邁進(jìn)了一大步。”

宋云濤認(rèn)為，“核聚變能源具有資源豐富、無碳排放和清潔安全等突出優(yōu)點(diǎn)，是人類未來最主要的清潔能源之一，可為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和作出重大貢獻(xiàn)�！�