據多家媒體報導，美國科研工作者在核聚變領域取得了重大成果，美國能源部計劃在12月13日將這一突破性成果對外宣布。該消息經西方媒體添油加醋式的報導後很快就成了「美國在核聚變領域碾壓其他各國，包括最近幾年在「人造太陽」項目上建樹頗多的中國」，真是這樣嗎？

美國的這次核聚變究竟是怎麼一回事？

核聚變的原理在高中物理課本就有所提及，指的是當兩個較小質量的原子結合成一個較大質量的原子時會釋放出巨大能量，理論上幾克反應物可釋放出1萬億焦耳的能量。

相比核裂變，核聚變不產生核廢料，也不產生二氧化碳，產生的輻射也很少！而且核聚變發生的原料氫(H) 、氘(D)和氚(T)比核裂變原料鈾235要豐富得多，所以實現可控的核聚變早就成了科學家的研究目標。

美國為實現可控核聚變在加利福尼亞州投入35億美元建了一個雷射聚變裝置，名字叫「國家點火裝置」（NIF），研製單位為勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室。

回到這次核聚變實驗。據知情人透露，美國研究人員將氫燃料的顆粒發射至近200個雷射器陣列中，以1秒50次的速度反覆操作，最終引發核聚變。

按照美國研究人員的說法實驗首次實現了「淨能量增益」，簡單地講產出的能量大於輸入的能量，實現了「盈餘」，即引爆核聚變的雷射消耗了2.1兆焦耳能量，核聚變釋放了2.5兆焦耳能量，而就在2021年8月8日的實驗中產出能量僅占到輸入能量的80%。

美國的核聚變與我國的人造太陽有什麼不同？

美國的這次核聚變實驗經媒體報導後引發了廣泛關注，有部分學者認為該實驗結果意味著人類朝著零碳排放、無限清潔能源邁出了關鍵一步。當然，也有人藉此諷刺中國的人造太陽「不入流」。

事實上，美國這次核聚變並不像報導的那麼完美。實驗發生後高於預期的輸出能量導致一些診斷設備損壞，整體實驗數據仍在分析統計中，結果尚未最終確認。英國《金融時報》也持類似觀點，認為在分析結果完成之前所有的信息都是不確定的。

再者實驗結果距離可控核聚變仍有較大的距離，比如美國研究人員力推的「燃料等離子體」，理論上通過反應本身產生的熱量引發核聚變，而不再依靠雷射能量輸出，問題是理論與實踐還存在較大的偏差；再比如怎樣實現設備小型化，要知道國家點火裝置中的裝置占地達3個足球場大小，密密麻麻的設備看得人眼花繚亂。

但將美國的這次核聚變實驗與我國的人造太陽作比較，那有些強人所難，因為他們走的就不是一條路。

美國的國家點火裝置是將外部雷射增強10000倍，然後將其中一束雷射分離為48束雷射，再增強、分離出192束雷射，這時的雷射總能量暴增到3000萬億倍；然後將其轟擊一個直徑為1-3毫米的氘氚小丸上，最終在1億度的高溫、1000億個大氣壓的壓力下引發核聚，進而釋放出巨大能量。

咱們中國的人造太陽採用的是托卡馬克裝置，這一種磁約束來實現受控核聚變的環形容器，環形、真空室、磁、線圈等幾部分構成，通電後托卡馬克的內部產生巨大的螺旋型磁場，通過將等離子體加熱到超過溫度最終實現核聚變。上世紀50年代蘇聯莫斯科的庫爾恰托夫研究所的研究人員將其發明後又在其他國家得到發展，目前是實現可控核聚變的重要途徑之一。

採用托卡馬克方案的還有韓國KSTAR、國際熱核聚變實驗反應堆和我國的東方超環，其中國際熱核聚變實驗反應堆由歐盟、中國、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國共同組建，預計總投資將達到幾百億美元。

我國的「人造太陽」走在世界前列，有自己的獨特構想

除了安徽合肥東方超環外，我國還有人造太陽項目位於成都的中國的環流器1號，兩個側重點不同，前者是研究等離子體約束時間，後者是研究高溫度、高密度等離子體參數。

此外，我國在托卡馬克研究中提出了自己的方案，傳統的托卡馬克在用磁場約束極端高溫的氘氚等離子體時需要對等離子體持續加熱，且要長時間約束，整體而言結構也不簡單、難度也不小。

我國研究人員提出了Z-FFR聚變堆的構想，這是一種聚變和裂變反應堆結構的混合堆，其中裂變占反應堆能量的95%，聚變占5%，混合堆也可使用核廢料作原料實現聚變應用。

正靠著咱們科學家的奮發研究，近年我國「人造太陽」取得了傲人成績，綜合水平已達到世界領先水平。土豆梳理了一下最近幾年的成功，大致如下。

2021年5月安徽合肥東方超環實現了1.2億度101秒等離子體運行及1.6億度20秒等離子體運行，重點是兩次實驗均可按照操作規範重複運行。2021年12月又實現了1056秒長脈衝高參數等離子體運行，打破了之前保持的411秒最長放電紀錄。

別小看時間只有幾十秒、幾分鐘，實現它難度極大，同樣致力於托馬斯裝置研究的韓國早在2020年就在1億攝氏度實現了20多秒等離子體運行，但也就止步於此，再也未獲得較大突破。

更令人高興的是，我國很有可能在2028年實現核聚變併網發電，該消息出現在《南華早報》的一篇文章中，稱相關部門已經批准建設最新的脈衝驅動器，該脈衝驅動器無疑是世界上最大的一個。

原創：土豆