美国快造出“小太阳”了，中国还需要多长时间？

 防走失，电梯直达安全岛报人刘亚东A 

来源：正解局（ID: zhengjieclub）

作者：正解局

谁最终点燃人类未来的“太阳”，尚未可知！

不得不承认，在世界核技术领域，美国一直处于领先地位。

就在最近，美国又在核聚变技术上迈出重要一步。

前段时间，美国能源部宣布，加利福尼亚州的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL），第一次在核聚变反应中产生“净能量增益”，也就是聚变反应产生的能量大于促发该反应的镭射能量。

看起来只是小小一步，但却有着非凡的意义。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室

根据公布的内容，实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量，产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出，产生的能量比投入的能量多50%以上。

人类探索核聚变历时近半个世纪，但长期以来聚变反应总是无法实现净能量增加，也就是无法控制核聚变时所消耗的能量。

简单来说，美国这次实验成功，意味着人类在可控核聚变领域有了重大突破。

可控核聚变一直是人类的梦想。

甚至有人认为，人类未来有了真正清洁、无限能量的有效能源。

不少自媒体为此欢欣鼓舞，甚至将这一实验称为人类“盗火”时刻、人类摘下清洁能源“圣杯”。

如果美国这次实验没有造假，那确实是人类在核聚变领域的伟大突破。

但是，美国在该领域取得的这项重大突破，是否意味着人类不久就能用上取之不尽用之不竭的能源？

又或者说，实验的背后，只是为了解决能源危机这么简单吗？

可能很多朋友有些懵逼，美国这次实验到底是什么情况，什么是核聚变，不是造原子弹吧？

这里首先介绍下什么是核裂变，什么又是核聚变。

核裂变与核聚变的对比

一般来说，核裂变就是铀235或者钚239等重原子核裂变释放能量，比如原子弹以及核电站发电，都是通过核裂变产生能量。 

核聚变就是较轻的原子核聚变成较重的原子核，一般用氢的同位素氘或者氚聚变释放能量。

核聚变是宇宙中最常见的一种能量模式，这么说吧，太阳就是通过核聚变产生能量。

已知的科学实验证明，核聚变比核裂变释放的能量要大，污染更小；且核裂变使用的铀等材料，储量有限，核聚变无需担心材料储量，只需要“激活”就能持续输出能量。

有人可能要问，既然核聚变这么多好处，那为何各国还要搞什么核电站，直接采用核聚变获取能量不就好了？

想法很美好，可实现太困难。

因为可控核聚变需要极端高温高压才能使氘或氚的原子核克服电磁斥力，在足够近的距离发生碰撞聚变成氦，才能释放能量。

真正的困难在哪？

核聚变是高温高压环境下，氘或氚发生聚变

注意前面说的“可控”二字，其实获得足够高温高压让氘或氚发生聚变并不难。

用原子弹引爆核弹，产生的威力足够“一发入魂”。

不过，这样的结果就好比为了烧开一壶水，却把锅炉房给炸了。

因此，人类已有实验室想创造出上亿度的高温高压环境已相当不易，更难的是如果要利用核聚变发电，就必须想办法持续安全地维护这么恐怖的环境，目前没有任何材料能满足这一需求……

科学家们于是想到了真空强磁场，靠磁场约束住超高温等离子体不扩散开，这就是核聚变领域普遍使用的“托卡马克”磁约束装置原理。

可问题又来了，强磁场倒是有可能充当核聚变的有效“容器”，但架不住维持“托卡马克”磁装置的电力可能要比核聚变本身产生的能量还要多。

不过，虽说是亏本买卖，可为了未来的效益，科学家们只能硬着头皮继续实验。

“托卡马克”磁约束装置结构图

目前比较成熟的“托卡马克”磁约束装置，已经能做到输出/输入能量的Q值为0.6左右，虽然距离1的目标还差点，但人类一直在努力。

其实早在1997年，日本就已宣布在“JT-60型”托卡马克装置上，最高Q值曾超过1.25。

可惜持续时间太短，只有1秒，属于昙花一现的结果。

如果只是算持续时间，2021年底，中科院合肥物理研究所创造了世界上核聚变最长时间1056秒，打破了美国创造并保持的440秒这一世界纪录。

位于合肥的全超导托卡马克核聚变实验装置

不过，美国这次实验的意义在于，他们宣布把核聚变的Q值搞到了1.5，持续时间超过5秒，实现了输出能量大于输入能源。

存续时间短是短了点，可从科技的角度来说，核聚变的能量比提升了，确实很有意义。

但从经济角度来说，这次试验的象征意义又大于实用意义。

有英国同行就指出，美国的这次核试验实际产生的能量“只够烧开10壶水”。

这或许属于同行比较酸的看法，但人类任何重大科技的发展都是起于微末之时，LLNL的这次实验，确实可以算人类能量利用史上一次里程碑式的革命。

那到底什么时候可以真正实现人类清洁能源的利用呢？

负责本次实验的LLNL主任Budil博士表示，要实现核聚变的商业化，“可能还要数十年的时间，但是我想应该不是60年，也不是50年……”

可问题是，按照本次实验的过程，哪怕50年内能实现核聚变商业化应用，都算快的了。

原因很简单，LLNL这次实验结果，其实完全是在不考虑经济代价的前提下取得的。

这里还得普及下，人类目前实现核聚变商业化，基本就是两个途径：一类是磁约束核聚变，另一类就是此次LLNL的激光核聚变。

从安全和经济的角度来看，全球科学界公认，包括中国正在研究的托卡马克装置磁约束核聚变技术，实现商用化更有希望，是真正走向聚变能的技术途径。

至于激光核聚变，依然是成本更为高昂的实验手段。

美国的国家点火装置（NIF）示意图

事实也是如此，按照LLNL公布的实验细节，实验是“用192束激光束，向一个微型燃料颗粒输送了2.05兆焦耳的激光能量，点燃核聚变燃料，最终产生了3.15兆焦耳的聚变能量输出”。

但是2.05兆焦耳的激光能量来自哪里？

答案是从电网吸收200-300兆焦耳……

很明显，这就是一次“撇开实际成本不谈”的理论性实验，真正的输出能量，远远低于输入能量。

而且NIF的实验还有个要命的缺点，即便获得足够多的激光能量，也需要间隔数小时才能发射几秒，设备和仪器无法支持短时间、多频次、连续性可控的核聚变反应。

就好比由于我准备充足，一次性“又快又强”，爽了……

对方说，“再来一次？”

我只能说，“别急，再等等吧。”

NIF的核燃料球就放在图中的装置内，192束激光会一起轰击燃料球，从而产生核聚变

可现实的需求等不了啊！

可控核聚变的根本目的，就是尽可能地以低成本获取能源造福社会，不能多次、持久，那不就是“ONE NIGHT”么？ 

其实，看看美国LLNL采用的点火装置隶属的部门，就不难发现美国本次实验的根本目的。 

耗资35亿美元建设的美国国家点火装置，由美国能源部下属管理核武器的国家核安全局负责运行，最初是通过模拟爆炸来研究核武器威力，后来才用于推进核聚变研究。

整个LLNL的主要任务，就是通过实验产生的高能量聚变反应，为美国核武器研究提供参考。

虽说这次实验中的能量产出超过了能量消耗，可这只是理论值，如果要真正实现商业化，算上扩充储能设备、技术人员及装备，还有无法测算的输送损耗，仅仅一点能量增益，分分钟就会损耗殆尽。

说到底，美国这次迫不及待地宣布核聚变实验成功，有两方面目的。

首先，还是为了秀一把“肌肉”。

就好像前不久，美国破天荒将最新型的B-21隐形轰炸机大大方方展示在世人面前一样，这种毫无顾忌地展示行为，其实就是希望向世人炫耀自己的武器装备实力，实现战略恫吓。

美国高调亮相最新型的B-21隐形轰炸机

再说了，美国政府这几年又是疫情，又是灰头土脸撤出阿富汗，政治上拉胯，经济还始终不景气，怎么说也得找点长志气的成绩显摆下。

核聚变实验，也是美国一贯采取的技术牵引战略，实验的成功至少再次证明了美国在核聚变领域的基础研究与应用能力，向可控核聚变目标迈出了关键一步。

其实，甭管是激光核聚变，还是磁约束核聚变，究竟花了多少钱，关键是在核聚变领域，“老子又快人一步”，你们其他国家就羡慕嫉妒恨吧。

其次，LLNL也是为了配合美国相关部门，合起伙准备向国会伸手要钱。

之前美国国会给马斯克的太空计划拨款十分痛快，老马的卫星从星链织成星盾，眼瞅着还要跑火星去了。

反正都是烧钱，核聚变更事关未来可持续能源，甚至关系到老马的火箭能飞多远。

反正成绩摆在这里了，面子也帮你们挣足了，各位爷，你们看着办。

再从美国政府的角度来说，可控核聚变未来的商业价值显而易见，谁能尽快实现核聚变的商业化，其意义不亚于当年石油的发现和应用。

可能很多人还不知道，随着页岩油技术的突破和大规模开采，美国已是全球第一石油生产国。

2021年，美国石油产量为711.1百万吨；排名第二的是俄罗斯，石油产量为536.4百万吨；中东产油大国沙特只排名第三，石油产量为515百万吨。

手握美元和石油，在全球已是一家独大，如果未来再掌握核聚变商业技术，那美国的世界霸权地位只会更加稳固。

尽管这次核聚变实验到真正市场化应用，还有非常漫长的路要走，可美国确实已经走在了最前面，而且有了突破性的进展。

我们应该学习美国在战略科技上的眼光和定力，注意他们在全球前沿科技领域的长期主义。

仅仅这个核聚变实验，美国就已经投入几百亿美元，开展了近60年的研究，而且还在持续孵化和支持中。

但我们不能就此被美国牵着鼻子走，国家的资源有限，任何科学技术战略都得根据实际国情和科学基础制定，形成自己的战略定力与方向。

中国在核聚变领域的研究速度其实并不慢，甚至还拥有许多并不逊色于欧美的成绩，这是因为中国电力增速幅度最高，需求非常大。

目前根据中国官方公布的信息，核聚变商业化发电的时间表是2030年实现发电，2050年实现商业发电应用。

管理学上，有一个理论，叫“飞轮效应（Flywheel Effect）”。

指的是任何事情起步都很艰难，发展缓慢，但只要方法正确，持续推动，事情的发展速度就必将越来越快，越来越省力。

这里的“方法”，就是真正本着造福社会、造福人类的愿望。

只要我们能坚定不移继续核聚变领域的研发，踏实奋进，谁最终点燃人类未来的“太阳”，尚未可知！

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