今天我们来聊聊可控核聚变。
5月28日凌晨，中科院合肥物质科学研究院有“东方超环”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度×101秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。
这次破纪录，让世界上首台全超导托卡马克装置EAST（即Experimental Advanced Superconducting Tokamak，实验型先进超导托卡马克，同时具有“东方”的含意)首次进入大众的视野。作为中国国家大科学装置之一，建设它花费6年时间，前后投入经费3亿元人民币。与国际同类实验装置相比，EAST使用资金最少、建设速度最快。
EAST是世界上首台全超导托卡马克装置，具有开创性的意义，中心场强达3.5特斯拉。此前，法国、日本、俄罗斯和中国共有4个超导的托卡马克装置在运行，它们都只有纵向场线圈采用超导技术，属于部分超导。
EAST的工程目标，是达到1亿度稳定运行1000秒，不过目前离这个指标还有10倍的差距。但科研人员称新纪录进一步证明核聚变能源的可行性，也为迈向商用奠定物理和工程基础。
虽离真正商用还有很长的距离，可控核聚变这一新能源已经不仅仅是科幻小说里的幻想，而是更多人逐渐了解，并承载全人类命运的可行的科学技术。
为什么可控核聚变很重要？
简单说，可控的核聚变相当于人造太阳，甚至可以说接近于“永动机”。
我们地球上所有的能量来源来自于两块，一块是地球内部产生的能量和人工核裂变，而另外一块就是来自于太阳。
所有化石能源，风能，水能，太阳能，其实都可以追溯于太阳的核聚变能量。
而化石能源和可开采的核裂变燃料目前预估最多可用数百年，人类无法回避传统能源枯竭的问题。此外，还有化石能源不环保，风能太阳能使用率不高，以及核电站污染风险的困境。
要一劳永逸的解决这些问题，可控核聚变是最好的解决方案。
而且核聚变还拥有着两项优势：
一、 所需要的原料：氘，在地球的海水中藏量丰富，多达40万亿吨，哪怕只用1%，也够人类使用几亿年。而且反应产物是无放射性污染的氦。
二、 核聚变反应堆需要极高的温度，一旦温度下降，反应就会自动中止，不会发生像福岛或者切尔诺贝利的安全事故。
总体来说，可控核聚变是一种接近无限，清洁安全的新能源。
而且，有了可控核聚变，不仅解决了人类的生存问题，还会大大提升人类的发展问题。
随着人口增长，地球可开发的资源和区域越来越少，人类是继续向外发展，还是陷入停滞，甚至内卷走向消亡，很大的一个关键是能否获取持续安全的能量来源并用来开发“新大陆”。
有了可控核聚变，人类大规模的向外太空拓展才不是幻想，否则就只能是小规模的实验。
刘慈欣在《三体》一书中提到人类在22世纪掌握了可控核聚变技术，并且利用该技术发明出了太空飞船核聚变发动机，从而可以将飞船加速到光速的15%。
既然那么好，那还需要多久才能掌握这个核心科技？
可控核聚变有多难
核聚变要在持续的超高温超高压条件下进行，这就是核聚变难以实现的原因。
人类已经使用过氢弹，这个大家都熟知。用核聚变原理造出来的氢弹，就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的超高光压能量，来触发核聚变反应，使氢弹得以爆炸，释放出极大的能量。相当于点火或者发电引燃煤气，但你得先能取火或者发电。
目前人们只能在氢弹爆炸的一瞬间实现非受控的人工核聚变。而要想巨大能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。
于是科学家们便思考，如果人类能模拟太阳的核聚变环境并加以控制，岂不是可以获取取之不尽的能源？
不过太阳的环境条件中，1500万度是目前地球上可达到的，但是却无法模拟3000多亿个大气压的高压。实际上目前人造的物理环境很难实现超高温和超高压的兼得，所以目前的策略是，把温度拉到极限 – 上亿度的高温。
但又碰到一个问题，地球上没有任何材料经得起数亿度的高温。
还好聪明的科学家们想到了另外一个办法，利用磁场或者激光让需要聚变的等离子悬浮在真空中，约束住它们，不让超高温的它们直接接触任何材料。
后续科学家们又发现，用超导的材料才能保持更稳定的超强磁场，而文章开头的EAST正是用的全超导材料，才突破了新的记录。
利用超强磁场让等离子稳定悬浮了，就有机会让他们聚合，从而产生能量。
但制造磁场需要能量，超高压也需要消耗能量，启动所消耗的能量能否获得更高的能量回报？这将决定可控核聚变是否能持续的关键。
早在1957年，英国物理学家劳森（John D. Lawson）就提出了一个准则：
等离子体的温度、密度和约束时间，三者的乘积称为“聚变三重积”，当它达到10^22时，聚变输出的功率，才等于为驱动反应而输入的功率，反应能自持进行。
而超过这一基本值，聚变体输出的功率，才大于为驱动反应而输入的功率，成为“有利可图”的能源输出。
于是，努力提高“聚变三重积”，提高能量增益因子Q值（即输出功率与输入功率之比）一直是核聚变研究的核心目标。
其实早在1933年，人们用加速器使原子核获得所需的动能，在实验室实现了核聚变。可是从这样的核聚变中得到的能量比加速器消耗的能量要小得多，根本无法获得增益的能量。
1997年9月22日，联合欧洲环JET又创造输出功率为12900千瓦的世界纪录，Q值达0.60，持续时间2秒。仅过了39天，输出功率又提高到1.61万千瓦，Q值达到0.65。
1997年12月，日本声称在JT-60上实现了Q值1.25，三重积达到1.5×10^21，然而在成千上万次实验中，仅有这1次达到，无法再可重复。
经过几十年全球几乎所有发达国家的努力，到目前为止，等离子能量盈亏平衡从未在聚变装置中实现过，JET在1997年创造的能量释放的纪录也保持至今。
其能量输入输出比值Q达到0.65，还没有实现盈亏平衡，距离聚变电厂要求（30~50）更是有很大差距。
科学家们也在尝试其他方法，譬如利用激光的“惯性约束聚变”，百度百科上专家认为是一个很有前途的方向，是一个重点研究领域，但公开新闻报道却认为，这种方法目前可以模拟出所需要的极端物理条件，但是这类装置缺乏将能量稳定输出并转化成电能的手段。
总体来说，可控核聚变要商用还有待很多环节的突破，还需要时间。
所有有网友开玩笑，可控核聚变离真正商用永远还有50年，不过EAST的出现让50年变成了49年。
中国处在第一集团的努力与机缘
大家都知道，在高精度芯片，数控机床，飞机发动机，以及一些原材料科技上，中国还没有掌握自主研发或制造的能力。原因很多，有起步晚，资源少，投入少，科研环境等问题，加上美国的技术封锁，贸易保护，甚至对留学专业的控制，导致目前一些基础科学研究和工程领域还需要一段时间的摸索。
但因为可控核聚变的难度太高，而且投入产出比目前也不确定，哪怕美国和苏联都无法单独搞出来（或者说是不愿意单独承担风险成本），所以世界各国只能选择一起合作来攻克这个人类共同的难题。
在核科学领域，新中国在基础研究上还是有一定积累的。一部分是因为我们有王淦昌先生这样一批理论上的大师，使得我们的基础研究并不落后，并一直在进行。国家对于能源的重视不是一天两天了，自1956年的12年科学规划以来，核聚变的研究已经进行了半个世纪，积累了大量的经验。
我们真的应该感谢以王淦昌这样的核物理学家，两弹一星元勋为代表的科学家们和无数工作者多年辛勤的努力与杰出的贡献，让我们国家在这一领域的理论不但没有处于落后，甚至还提出了用激光打靶实现核聚变的设想。据网上一些报道，王淦昌甚至还放弃了多次获得诺贝尔奖的机会，他也是世界激光惯性约束核聚变理论和研究的创始人之一。
还有一个基础优势是，中国的稀土储量全世界第一，使得我们的超导工艺和激光技术并没有落后，而这是可控核聚变设备的重要组成部分。
除了地利人和，还有天时。
一方面是当年苏联解体，俄罗斯急着变现，我们幸运的得到了俄国的HT-7超托卡马克设备（有说是送给了中国），使我们跨越性的认识了这一系统。
另一方面，美苏争霸和国际扯皮使得ITER（国际热核聚变实验堆组织）拖了近20年，我们赢得了追上去的时间窗口，试想如果1985年ITER正式开建，很可能中国就无法参与其中。
2006年11月21日，我国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同签署了《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定》和《联合实施国际热核聚变实验堆计划国际聚变能组织特权和豁免协定》。2007年8月31日，十届全国人大第29次常委会审议通过了上述两个协定。
ITER也是中国第一次以平等身份参与的大型国际科技攻关项目。作为参与方之一将承担超导材料、电源、包层、遥感技术和加料系统等五大领域的工程任务。
在知识产权方面，ITER项目尊重各成员方及国内实体的原有知识产权，中国有权使用ITER计划工程设计阶段的技术成果，对ITER计划实施中新增的知识产权，平等享有获得许可使用的权利。
终于，经过国人不断的努力和天道酬勤，中国人在这个关乎人类生存的领域，总算在第一集团占有了一席之地，我们衷心希望ITER能良好的发展下去，早日求得正果，并将成果分享给全人类。
若如此，不仅为中国之福，更是全人类之大幸也。
参考资料：
百度百科：可控核聚变
腾讯网：https://new.qq.com/rain/a/20210530A019QF00
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