第九十章 核聚变反应堆 【求收藏，求推荐】

    能源，是社会经济发展的物质基础，随着社会的发展和人类文明的进步，人类对能源的需求也会越来越大。从化石燃料提供的能源来看，地球上的化石能源极为有限。煤储量有可能维持200年左右，石油天然气仅能够维持几十年时间。所以，从长远来看，核能将是维持人类发展和进步的主要能源。

    核裂变技术大家应该知道了很多了，目前世界上所有国家使用的核能源都是核裂变反应堆技术。核裂变，又称为核分裂，是指由重的原子核，主要是指铀核或钚核，分裂成两个或多个质量较小的原子的一种核反应形式。

    而核聚变能源一直到如今各个国家都没有掌握成熟的技术，能够达到商业化的技术。

    核聚变是指由质量轻的原子（主要是指氢的同位素氘（dao）和氚（chuan））在超高温高压的条件下，发生原子核互相聚合作用，生成较重的原子核（氦），并释放出巨大的能量。

    同时，一升的海水里面含有大约30mg氘，通过聚变反应能够提供大约300多升汽油的能力，而且反应物是无辐射的，即使出现了泄漏也不会影响周边的生态和人类的健康。

    据估计，地球上海水里面氘的总量大约有45万亿吨，其聚变产生的能源足够满足人类未来几十亿年对能力的需求。

    可以说核聚变能源对人类来说好处多多，但是唯一的缺点就是技术要求太高太高。

    核聚变的过程非常简单，就是把一个氘（读：刀）原子核用加速器加速后和一个氚（读：川）原子核以极高的速度碰撞，两个原子核发生了融合，形成一个新的原子核——氦外加一个自由中子，在这个过程中释放出了6兆电子伏的能量。

    太阳的能量也是来自自身的轻核聚变反应。太阳每秒将6.57亿吨的氢聚变成氦，亏损的质量转化成巨大的太阳能，成为了支持太阳系一切活动的能源。

    如果要实现核聚变发电，那么在核聚变反应堆中，第一步需要将作为反应体的氘-氚混合气体加热到等离子态，也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，让原子核能自由运动，这时才可能使裸露的原子核发生直接接触，这就需要达到大约10万摄氏度的高温。

    第二步，由于所有原子核都带正电，按照“同性相斥“原理，两个原子核要聚到一起，必须克服强大的静电斥力。两个原子核之间靠得越近，静电产生的斥力就越大，只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时，核力（强作用力）才会伸出强有力的手，把它们拉到一起，从而放出巨大的能量。

    为了克服带正电子原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，要使原子核达到这种运行状态，就需要继续加温，使得原子核的无规则碰撞达到一个疯狂的水平，要使原子核达到这种运行状态，需要2亿摄氏度的温度。

    最后一步就是将氚的原子核和氘的原子核以极大的速度，毫无遮掩地发生碰撞，产生了新的氦核和新的中子，释放出巨大的能量。经过一段时间的持续输入，当反应体已经不需要外来能源的加热，核聚变的温度就足够使得原子核继续发生聚变。

    在这个过程中氦原子核和中子会被及时排除，新的氚和氘的混合气被输入到反应体，核聚变就能持续下去，产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，大部分可以输出，作为能源来使用。

    看起来很简单是吧，只是还有一个问题，能够承载上亿摄氏度超高温反应体的核反应堆用什么材料来制造呢？

    要知道，太阳表面的温度也才只有6000万度左右。迄今为止，人类还没有造出任何能经受1万摄氏度高温的材料，更不要说上亿摄氏度了，以上这些因素就是为什么直到今天为止人类还是没能有效地从核聚变中获取能量的重要原因。

    这就是根据太阳氢核聚变推到出来的理论，热核聚变所需要的温度实在是太高，超过了太阳内部温度的十倍以上，同时发明或者创造能够承受这种高温的材料已经成了热核聚变唯一的一道大难题。

    不过热核聚变无法顺利进行，科学家们又找到了另外几种方法，其中就有一种就是惯性约束和强磁场约束，都能够产生核聚变。

    惯性约束聚变是利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料（氘、氚）形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。

    它对能源和激光器的要求都比较要高，其中美国的人造太阳计划就是一种惯性约束聚变方式之一，这种装置有192个激光束不断脉冲直径1mm的氘和氚的原子核，能够产生1.8兆焦耳的热量，只不过最后可惜的计划失败。

    陈亮打算使用的就是强磁场约束。因为氘、氚等较轻的原子核聚合成较重的原子核时，会释放大量核能，但这种聚变反应只能在极高温下进行，任何固体材料都将熔毁。

    因此，需要用特殊形态的磁场把由氘、氚等原子核及自由电子组成的一定密度的高温等离子体约束在有限体积内，使之脱离器壁并限制其热导，这是实现受控热核聚变的重要条件。

    以工程来说，如果想要达到聚变的点火条件，那么在工程上我们需要在足够大的体积内产生足够强的磁场，约为10t。

    而现在人类能实现的最大稳定磁场大概也就是10t那样一个量级了，产生这么大的磁场的电磁铁，一定是需要巨大的电流的，而巨大的电流就会发热，发热了之后就会把材料自己烧掉，所以现在正在建的最大的托卡马克工程iter就是采用的超导线圈的方式，这这种方式能够解决装置发热的问题。

    在各个国家的超导材料目前仍然停留在需要液氮浸泡，但是陈亮不需要，他完全可以使用巨龙一号制作成熟的托卡马克聚变装置，巨龙一号超导线圈能够产生10-50T的磁场，完全满足托卡马克聚变装置的所有要求。

    也就是说谁能够掌握常温超导材料，就能够找我常温的核聚变装置，也就掌握了无限的能源，而目前，仅有陈亮一个人掌握了这种装置。