网上有这样一种说法，实现可控核聚变，从月入三千跨越到月入三万不是梦。
核聚变
为什么我们要实现可控核聚变呢？
因为地球上的资源已经快要枯竭了。
可控核聚变是什么？
超音速“大炮”如何轰出可控核聚变？
超音速导弹
实现可控核聚变究竟能够给我们带来什么？
我们有机会实现可控核聚变吗？
今天咱们就来了解一下，成本仅为传统方法0.1%的19倍超音速“大炮”，能够实现的可控核聚变有什么意义。
超音速导弹模拟图
可控核聚变可控核聚变，就是指在一定条件下，控制核聚变的速度和规模。
是核聚变能够安全、平稳且持续的输出能量。
通过可控核聚变产生的能量不会产生核废料以及温室气体，并且几乎不会污染环境，得到的是一种具有高能量的清洁能源。
我们的太阳就是一种核聚变反应，这种反应主要借助氘氚核聚变，也就是氢的同位素。
氘氚核聚变示意图
要知道，不管我们是通过可再生资源，还是不可再生资源获取的能量，都来自太阳。
此时太阳就像一个中间商一样，而我们用的不同的资源，获取到的太阳能量还不同。
比如如今我们依靠烧煤炭、石油等化石燃料，汲取的不过是太阳上万年前的能量。
但地球上的资源是有限的，根据美国地质局估计，如今世界上可开采的石油是3万亿桶，而天然气储量大约177万亿立方米。
石油开采
按照我们现在的使用量，可能过个百十年就没了。
因此如果我们实现可控核聚变，也就意味着我们能够“种太阳”了。
届时，我们在地球上的生活将不再依赖那些会造成气候变暖，甚至毁灭地球的化石燃料，取而代之的是一种更加安全可靠的清洁能源。
太阳内部核聚变反应
19倍超音速“大炮”在能源紧缺的情况下，实现可控核聚变受到广泛关注。
国内外不少公司都争先恐后地要实现这一技术，并且还有一些公司会进行投资。
这不，腾讯公司近来就投资了英国的一家初创公司。
腾讯大楼
并且还在2021年4月宣布19倍超音速的“大炮”研制成功，这是一个能够以6.5公里/秒的速度，向燃料靶发射弹丸，从而以可控的压力和温度轰出核聚变的“大炮”。
这个“大炮”的名字叫Big Friendly Gun（BFG），长度达22米，重25000公斤，是由First Light发明的超高速炮。
BFG物理原理很简单
这个“大炮”可以使得燃料在内爆是达到70公里/秒，是目前全球达到的最快速度。
据了解，BFG的从设计到建造，再到投入使用，花费了大约10个月时间。
由于First Light在制作过程中用气枪代替了激光，并且更换燃料中的贵金属，因此整个过程花费的成本还不到4500万英镑。
Nicholas Hooker：我们的方法很简单
要知道美国通过高能激光轰击金属元素来诱导聚变，需耗资35亿美元，First Light的首席执行官尼古拉斯霍克表示，他们的新发明成本是传统成本的0.1%。
- BFG的作用
这个发明为我们实现可控核聚变提供了一种更加节约资源的方式，并且能够带来直接的经济效益，并减少化石燃料的使用。
First Light公司
First Light公司表示，BFG中每个通过极高密度加热并压缩的装置，释放的能量可以为英国一个家庭提供两年的电力。
而英国商业和能源部长Kwasi Kwarteng同样表示，这项技术或许能够在未来几十年内彻底改变电力生产，减少用电的费用。
风力发电
我们知道，目前用来发电的装置中除了利用风力、水力这类可再生能源发电之外，最常用的还是火力发电。
这就不可避免地会燃烧一些化石燃料，排放出温室气体，从而加剧全球气候变暖的问题。
但是First Light公司发明的BFG就可以在很大程度上替代其他能源发电，从而减少温室气体的排放。
温室气体的排放
- 如何获得可控核聚变呢
那么BFG具体是如何轰出可控核聚变的呢？
First Light公司表示，这个过程并不复杂，主要是依靠“大炮”内的液态锂，一边吸收高速炮产生的聚变脉冲，一边防止内部温度上升过快。
蓝色部分是电容器，用于存储加速弹丸所需的电荷
随后通过heat exchanger transfers（热转换器）将锂的热量传到水中，由此产生的蒸汽可以使涡轮机转动从而发电，而整个过程每30秒就会重复一次。
实现可控核聚变，任重而道远尽管First Light公司在很大程度上突破了实现可控核聚变的技术，并且还降低了成本，但是距离我们能够持续的获得可控核聚变还有一段距离。
核裂变和核聚变
其实科学家在发现裂变能之前，也就是1933年就已经提出了关于核聚变的原理，但是原理简单，要实现起来却很难。
- 核聚变所需的同位元素稀缺
前文提到，可控核聚变其实就和太阳的核聚变很像，要实现核聚变首先要满足的就是氢元素，但是并不是所有的氢元素都能拿来进行核聚变。
氕、氘、氚
能够用作核聚变的只有氕、氘、氚，其中氘和氚的含量不管是在太阳还是地球都很少。
这三种同位元素中，氕的含量可以达到99.98%，而氘在自然界中只有0.02%，但是根据统计，在海水中存在大量的氘，含量可以达到40万亿吨，这个数量其实对于人类来说已经可以用上几百亿年了。
氢－3（氚）的原子结构
不过氚的含量会更少，它存在12.33年的半衰期，因此很难在自然界中长期存在。
如果能够轻易地使用氕进行核聚变，那效果肯定高效且持久，但问题就是撇的聚变十分困难，在太阳内部确实可以轻而易举的达到聚变条件，但是对于我们现有的科学技术却难以实现。
氘氚聚变反应示意图
于是美国物理学家贝特在1939年通过实验证明，可以通过氘和氚的聚变反应来实现。
- 人类技术难以实现高温聚变
要实现氘氚核聚变，最重要的就是温度问题。
原子核
第一步就需要达到10万℃的高温将混合气体加热到等离子状态，也就是使电子脱离原子核的束缚。
第二步需要继续加热达到上亿℃，使原子核能够以极快的速度运行来克服库仑力。
第三步就可以让氘原子和氚原子以极大的速度进行碰撞了，随后就可以产生新的氦核外加一个新的中子，并释放出能量。
当核聚变的温度足够使原子核持续聚变的时候，就可以不再借助外在的热量了。
核聚变模拟图
另外需要注意的是，必须把氘和氚放在一个容器中才能实现这一系列的操作，也就是说，我们必须要有一个可以耐高温达到上亿℃的容器才行。
但是目前我们创造出的最耐高温的材料就是五碳化四钽铪（Ta4HfC5），其熔点可以达到4215℃，但是这连第一步所需要的高温都差了十万八千里。
耐高温的材料：铪
所以科学家们只能另寻他法，试图用其他的方式来约束高温反应体。
科学家们确实想到了两种办法，一个是我国科学家王淦昌提出的来利用氘和氚的惯性约束，配合激光束或粒子束来实现爆炸。
两弹一星元勋王淦昌院士
另一种则是由苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出的磁场约束，这一是目前科学家们研究的主要方向。
因为原子核带电，当磁场足够大的时候，就可以建立一个换热装置，然后将热能咋混换位电能。
- 利用磁场约束实现可控核聚变
第一台为实现磁场约束的装置，既托卡马克装置，诞生于1954年，由前苏联库尔恰托夫原子能研究所建造而成。
经过多年的实践与研究，全世界多个国家也纷纷建立起大型托卡马克装置。
“托卡马克”装置，是最主流的核聚变装置
如今在能源压力和环境污染的情况下，越来越多的国家认识到可控核聚变的重要性，不少资本也介入其中。
这些涌入的资本进一步促进了实现可控核聚变，并力图将其进行商业化利用。
近来，在多方的支持下，欧洲联合环状反应堆（JET）的科研团队实现了核聚变技术的重要突破。
此次核反应堆持续的时间达到5秒钟，产生的能量由59兆焦耳，相当于11兆瓦电力，成功打破1997年22兆焦耳的记录。
全球变暖，北极熊的栖息地正在减少
相信未来在资金和技术的支持下，我们能够更快地实现可控核聚变，真正替代掉造成环境污染的化石燃料，缓解全球气候变暖的问题。
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