可控核聚变难点在哪里？为什么要实现？

2024-11-15 23:04:10

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回答（1）：

爱因斯坦的质能关系E = mc^2只能告诉你核反应发生前后的能量变化，但不会告诉你反应的过程。核聚变要发生，必须首先让两个原子核靠得非常近。非常近是多近？在10^(-15)米的量级。要知道，一个原子中原子核跟电子的距离都有10^(-10)米的量级，也就是说，两个原子核要靠近到原子尺度的10万分之一才能聚变！

在这样一个小得不可思议的距离下，核子之间具有很强的吸引力（核力）。然而核力随着距离的增加下降得非常快，稍微远一点就几乎为零了。打个比方，核子就像一对近视度数很深的恋人，离得很近时会拉住手，但离得稍远时就看不见了，形同路人。

这就带来一个严重的问题。核子包括质子和中子，中子没有电荷，但质子有正电荷，所以质子和质子之间具有静电排斥力，根据库仑定律这个力反比于距离的平方。

当距离小到10^(-15)米的量级时，核力的吸引超过静电力的排斥，两个原子核会聚合到一起，放出大量的能量。但它们很难从正常的距离（比如说10^(-9)米）开始达到这么近，因为在这种距离下核力小于静电力，净作用是排斥的。好比恋人们都穿着红色衣服，而红色跟红色之间互斥，离得很远时就会互相推开，那么他们还有多少机会接近到足以拉上手？

当然，不是完全不可能。如果两个原子核一开始的运动方向就是相向而行，而且初速度很高，那么它们会一边靠近一边减速，有可能在相对速度减到零之前达到10^(-15)米的距离。这就是发生核聚变的希望。因此，核聚变只有在高温高压下才能发生。

高温和高压的效果在一定程度上可以互换。在太阳中心，由于压强高达2000亿个大气压，所以“只需要”1500万度的“低温”就可以把氢聚合成氦（这个温度真是好低呀，令人一阵清凉……）。但在地球上，由于压强达不到那么高，所以得把温度提高到上亿度才行。

太阳

明白了以上基础，你就可以理解，可控核聚变的难点在于两个技术问题。一，如何将聚变材料加热到这么高的温度？二，用什么容器来装温度这么高的聚变材料？把核聚变反应堆看成一个火炉，第一个问题就相当于“怎么点火”，第二个问题相当于“怎么保证不把炉子烧穿”。

对第一个问题的回答，惯性约束激光点火是一条思路。把聚变燃料放在一个弹丸内部，用超强激光照射弹丸，瞬间达到高温，弹丸外壁蒸发掉，并把核燃料向内挤压。美国的“国家点火装置”和中国的“神光三号”等实验装置，走的就是这条路。

对第二个问题的回答，磁约束是一条思路。把聚变燃料做成等离子体（原子核和电子分离，都可以自由流动），用超强磁场约束等离子体，让它们悬空高速旋转，不跟容器直接接触。EAST等托卡马克装置，走的就是这条路。

一大麻烦在于，这两条路是互相矛盾的。聚变燃料如果处于静止，就很难不把容器烧穿；而如果处于运动中，聚焦点火又变得困难。这就是可控核聚变难度如此之大的原因。

回答（2）：

可控核聚变形成以后，人类再也不用为能源的供应而发愁了，而且核聚变中需要的元素是取之不尽的。可控核聚变的难度主要在于理论和实验上。

回答（3）：

想离开太阳系，并非一定要实现可控核聚变，其实我们还有一条捷径

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