【重核原子】什么是核聚变？

核聚变是两个轻原子核结合形成单个重原子核， 同时释放大量能量的过程。 聚变反应是在一种叫做等离子体的物质状态下发生的，等离子体是一种热的带电气体，由正离子和自由移动的电子组成，具有不 同于固体、液体或气体的独特性质。

太阳和所有其他恒星都是由这种反应提供能量的。为了在太阳 中融合，原子核需要在极高的温度下相互碰撞，大约摄氏 1000 万度。 高温为它们提供了足够的能量来克服相互的电排斥。一旦原子核彼 此距离很近， 它们之间的吸引力将超过电斥力， 并允许它们融合。 要做到这一点，原子核必须被限制在一个小空间内，以增加碰撞的 机会。在太阳中，巨大的重力产生的极端压力为聚变创造了条件。

为什么科学家们在研究聚变能？

自从核聚变理论在 20 世纪 30 年代被理解以来，科学家—— 以 及越来越多的工程师—— 一直在寻求重建和利用它。这是因为，如 果核聚变能够在地球上以工业规模复制， 它可以提供几乎无限的清 洁、安全和负担得起的能源来满足世界的需求。

聚变每千克燃料产生的能量是裂变(用于核电站)的 4 倍，比 燃烧石油或煤炭产生的能量高出近 400 万倍。

大多数正在开发中的聚变反应堆概念将使用氘和氚- 氢原子的 混合物，其中含有额外的中子。理论上， 只要几克这些反应物，就 有可能产生太焦耳的能量，这大约是发达国家一个人 60 年所需的能 量。 聚变燃料丰富且易于获取： 氘可以从海水中廉价提取， 氚可以 从聚变产生的中子与天然丰富的锂的反应中产生。这些燃料供应将 持续数百万年。未来的聚变反应堆本质上也是安全的， 预计不会产 生高活性或长寿命的核废料。此外，由于聚变过程很难启动和维持， 因此不存在失控反应和熔化的风险；聚变只能在严格的操作条件下 发生， 在操作条件之外(例如， 在事故或系统故障的情况下)， 等离 子体将自然终止，很快失去能量， 并在反应堆受到任何持续损害之 前熄灭。

重要的是， 核聚变-就像核裂变一样- 不会向大气中排放二氧化 碳或其他温室气体， 因此从本世纪下半叶开始， 它可以成为低碳电 力的长期来源。

比太阳还热

虽然太阳的巨大引力自然会导致聚变， 但如果没有这种引力， 则需要比太阳更高的温度才能发生反应。在地球上，我们需要超过 1 亿摄氏度的温度来使氘和氚聚变， 同时调节压力和磁力， 以稳定 地限制等离子体，并维持聚变反应足够长的时间，以产生比开始反 应所需的能量更多的能量。

虽然现在在实验中常规地实现了与聚变反应器所需条件非常接 近的条件，但仍需要改善等离子体的约束性质和稳定性，以维持反 应并以持续的方式产生能量。来自世界各地的科学家和工程师继续

开发和测试新材料，设计新技术，以实现净聚变能量。