近期，南華早報報道了一條消息，引起了國內外網友的廣泛關注。據報道，我國工程物理研究院院士彭先覺宣布，中國計劃在2028年實現核聚變發(fā)電。這一消息讓人們感到震驚，因為彭先覺院士是我國著名的原子核物理學專家，曾參與過我國第一代和第二代核武器的設計，他的言論不容忽視。
然而，需要注意的是，核聚變技術一直以來都是全球科學界追求的目標，但至今尚未實現商業(yè)化應用。核聚變是一種能源產生方式，通過將輕元素聚合成更重的元素釋放出巨大能量。如果我國真的能夠成功掌握核聚變技術，并在2028年實現核聚變發(fā)電，將無疑是一項具有重大意義的突破。
核聚變作為一種清潔、高效的能源形式，具有巨大的潛力。不少網友甚至直言：掌握這項技術，豈不是可以稱霸地球了？
核聚變是什么？它為何有這么大的作用？
近年來，各國一直在尋找一種可持續(xù)的清潔能源來替代污染嚴重的化石能源。如地熱能等能源都存在一定的限制問題，于是人們就把主意打到了核能身上。
目前利用核能的方式分為兩種：核裂變和核聚變，它們是兩種不同的核反應過程。在核裂變過程中，一個重原子核（如鈾-235或钚-239）吸收一個中子，使得原子核變得不穩(wěn)定。隨后，原子核會分裂成兩個較輕的原子核，同時釋放出兩到三個中子和大量的能量。這些中子可以繼續(xù)引發(fā)其他核裂變反應，形成一個連鎖反應。
核裂變是用于核能發(fā)電和核武器的基本原理。在核武器中，通過迅速釋放大量的能量，可以造成巨大的爆炸威力。而在核能發(fā)電廠中，通過控制核裂變反應的速率，可以產生足夠的熱能來轉化水為蒸汽，驅動渦輪發(fā)電機產生電力。然而，核裂變的反應過程中會產生高放射性廢料，需要進行長期的安全儲存和處理。
核聚變是將輕元素核（如氫、氘、氚等）聚合成更重的核的過程。常用的燃料是氘（D）和氚（T），它們是氫的同位素。當氘和氚的原子核融合時，會產生一個氦原子核和一個高能中子，并釋放出巨大的能量。核聚變是太陽和其他恒星內部的主要能源來源。在太陽的核心，氫原子核通過聚變反應轉化為氦原子核，并釋放出巨大的能量。這種過程產生的能量使得太陽能夠持續(xù)地發(fā)光和產生熱量。因此核聚變技術也被稱為“人造太陽”。與核裂變不同，核聚變不會產生高放射性廢料，而其燃料（如氫、氘）相對較為豐富。因此人類一直在努力實現人工核聚變，以期能夠利用這種高效且清潔的能源形式。
兩種核反應的主要不同點在于，核裂變是將重核分裂成兩個較小的核，而核聚變是將輕核聚合成更重的核。此外，核裂變需要使用重核作為燃料，而核聚變需要使用輕核作為燃料。在能量釋放方面，核裂變和核聚變都可以釋放大量的能量，但核聚變的能量密度更高，可以產生更多的能量，是理想的清潔能源。然而，實現核聚變并不容易。
核聚變需要將氫等輕元素加熱到極高的溫度（數千萬度），使其變成等離子體并保持足夠的密度和穩(wěn)定性，以確保反應能夠持續(xù)進行。但是，高溫等離子體非常不穩(wěn)定，容易受到熱流和磁場等因素的擾動。高溫等離子體與反應堆壁面的相互作用會導致等離子體的能量損失和壁面的磨損，這會導致反應的不穩(wěn)定性和設備壽命的降低。因此控制等離子體的穩(wěn)定性是一個非常大的挑戰(zhàn)。
目前具有閉合磁力線的磁場（因為帶電粒子只能沿磁力線運動）是最可能實現控制的選擇。從20世紀40年代末起，各國就陸續(xù)開發(fā)了多種磁籠途徑，每年投入不下于10億美元，競爭非常激烈，然而各國幾十年來從未有過實質性進展。直到20世紀70年代蘇聯(lián)科學家制造出了"托卡馬克"裝置。
托卡馬克是目前是最為成功的核聚變實驗裝置之一。它的基本結構是一個環(huán)形的真空室，其中包含氫等輕元素燃料，以及產生高溫等離子體所需的加熱器和磁場裝置。因為托卡馬克裝置需要在真空環(huán)境中進行核聚變反應，以避免氣體分子的干擾和能量損失。因此它有一個真空室，通常采用環(huán)形設計，內部涂有反射材料，以減少能量的損失。
托卡馬克裝置通過加熱器將氫等輕元素加熱到數千萬度的溫度，使其形成等離子體。隨后利用磁場和等離子體之間的相互作用來控制等離子體的位置、密度和溫度等參數。在托卡馬克裝置中，等離子體會在磁場中形成環(huán)形的穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)被稱為“托卡馬克狀態(tài)”。在等離子體達到足夠高的溫度和密度后，氫等輕元素會發(fā)生核聚變反應，產生大量的能量。這些能量就可以用來產生蒸汽，驅動渦輪發(fā)電機并產生電力了。
看起來很容易實現是不是？其實不然。要想能夠投入實際使用，必須使得輸入裝置的能量遠遠小于輸出的能量才行，稱作能量增益因子——Q值。而這個Q值幾十年都未能突破1。直到1997年，日本采用氘－氘反應，Q值才突破1，達到了1.25，證明了托卡馬克理論上可以真正產生能量。各國先后增加投入入場，然而現在的托卡馬克裝置離工業(yè)應用還差得遠，按現有技術水平，一個托卡馬克裝置的造價高達幾千億美元，這是不可能被接受的。
這么說來，實現可控核聚變似乎還有很長的路，為何我國院士說我們即將實現？
彭先覺院士的研究并不是純粹的聚變技術，而是聚變-裂變技術，它利用微型聚變反應的快中子來轟擊天然鈾、釷等低放射性元素，從而引發(fā)裂變反應，再將其用于發(fā)電。因此，雖然有一些標題黨的味道，但這仍然是一項非常重要的技術突破。
彭先覺院士采用的是Z箍縮技術（Z-FFR），它先進行微型聚變反應，再引發(fā)裂變反應，從而產生可控的核反應。如果在反應過程中出現問題，只需要切斷聚變的高壓和高溫，就能讓整個混合反應終止，這樣就避免了類似福島、切爾諾貝利等事故的發(fā)生。此外，由于使用的是天然鈾、釷等低放射性元素作為燃料，產生的核廢料將遠少于純粹的核裂變反應，處理起來也更為簡單。
盡管彭先覺院士的研究是聚變-裂變技術，但這一技術的突破仍然具有重要意義。聚變-裂變技術可以利用聚變反應產生的高能中子來引發(fā)裂變反應，從而達到發(fā)電的目的。相比于傳統(tǒng)的核裂變技術，聚變-裂變技術能夠使用更為安全的燃料，產生的核廢料也更少，處理起來更加簡單。這一技術的發(fā)展對于未來的能源供應和環(huán)境保護都具有重要的意義。
雖說真正的可控核聚變還未掌握，但僅僅這10%的應用，已經讓人們看到了核聚變的發(fā)電的潛力。尤其是這次實現的聚變—裂變，已經實現了核能利用效能的飛躍。一旦真正掌控核聚變，人類的歷史將登上一個新的高峰，而目前我們已經看到了曙光。
2005年，國際熱核實驗反應堆項目（ITER）正式確定，準備以超托卡馬克裝置為藍本，建立世界上第一個試驗用的聚變反應堆。所謂超托卡馬克裝置就是把傳統(tǒng)的托卡馬克裝置的線圈換成超導體，以解決大電流和損耗問題。目前中、日、法、俄都有各自的大型超托卡馬克裝置，但唯有中國的EAST能給ITER提供實驗數據，因為它的結構和應用的技術與規(guī)劃中的ITER完全一樣，性能和技術遠超其他三國。
2023年，4月12日，位于中國合肥的EAST裝置創(chuàng)造新的世界紀錄，成功實現穩(wěn)態(tài)高約束模式等離子體運行403秒，這意味著我們離真正掌控可控核聚變又近了一步。核聚變技術一旦成功，那將催生出新的能源革命。人類不僅可以用它當做能源造福全人類，而且也能將其作為飛船能源，真正解決太空中的能源問題。可以想到，未來我們完全可以借此在太空中建立生態(tài)圈，開啟浩浩蕩蕩的宇宙殖民時代，星辰大海觸手可及！
目前我國在可控核聚變技術領域已經處于世界領先地位；聚變—裂變混合反應堆已經讓我們看到可控核聚變的曙光，這是我國的一小步，卻是人類的一大步。期待中國可控核聚變電站早日誕生，讓我們每個人都能享受的科技進步帶來的福利。
