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? 與核裂變相比，可控核聚變釋放能量大，原料來(lái)源豐富，安全可靠、環(huán)境友好、產(chǎn)生的放射性廢物少。能量密度來(lái)看，每單位質(zhì)量的聚變?nèi)剂厢尫懦龅哪芰渴橇炎兊?倍；原材料來(lái)看，聚變?nèi)剂贤ǔＪ褂秒碗?，地球上氘?chǔ)量豐富，氚可以通過(guò)中子和鋰制備，而核裂變采用的鈾元素我國(guó)儲(chǔ)量有限仍需進(jìn)口，2023年進(jìn)口量1.7萬(wàn)噸，進(jìn)口金額達(dá)到19億美元；安全性來(lái)看，聚變實(shí)現(xiàn)難度高，且不產(chǎn)生放射性廢料，而核裂變是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，難以控制，并產(chǎn)生大量放射性物質(zhì)，切爾諾貝利（1986年）和福島（2011年）福島核事故曾造成巨大危害。
? 2023年國(guó)務(wù)院國(guó)資委啟動(dòng)實(shí)施未來(lái)產(chǎn)業(yè)啟航行動(dòng)，明確可控核聚變領(lǐng)域?yàn)槲磥?lái)能源的唯一方向。
核裂變從實(shí)驗(yàn)室走向裂變電站僅用了約10年。1939年，科學(xué)家首次揭示了鈾原子核的分裂現(xiàn)象；1945年，利用核裂變?cè)碇圃斐龅牡谝活w原子彈在美國(guó)阿拉莫戈多沙漠爆炸；3年后，第一座核裂變電站便在美國(guó)田納西州橡樹(shù)嶺實(shí)現(xiàn)發(fā)電。1951年，利用核聚變?cè)碇圃斓臍鋸椩谔窖笊系亩髂嵬锌藣u實(shí)現(xiàn)爆炸，然而至今70年人類依然未能實(shí)現(xiàn)可控核聚變發(fā)電。
核聚變無(wú)法復(fù)制核裂變發(fā)電的模式。從核裂變的反應(yīng)方程式可以看出，核裂變的觸發(fā)需要中子（n）。當(dāng)鈾核由1個(gè)中子引發(fā)裂變時(shí)，會(huì)同時(shí)放出2-3個(gè)中子，這些中子可以再引起其他鈾核裂變，裂變反應(yīng)可不斷持續(xù)下去，這一過(guò)程也被稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。通過(guò)加入控制棒吸收核裂變產(chǎn)生的中子，可以控制核裂變的反應(yīng)速率，從而實(shí)現(xiàn)核裂變發(fā)電。而核聚變的反應(yīng)過(guò)程則不需要中子，因此無(wú)法復(fù)制核裂變控制反應(yīng)速率的方式。
實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)，需要同時(shí)滿足三個(gè)條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時(shí)間，三者的乘積稱為聚變?nèi)朔e。根據(jù)勞遜判據(jù)，只有聚變?nèi)朔e大于一定值，才能產(chǎn)生有效的聚變功率輸出。
1）足夠高的溫度：要在地球?qū)崿F(xiàn)高效核聚變反應(yīng)，溫度大約需要維持在1億℃以上可獲得較高反應(yīng)幾率，這個(gè)溫度是太陽(yáng)核心溫 度的近10倍；2）一定的密度：等離子體約束區(qū)單位體積內(nèi)氘氚原子核的數(shù)量越多，能夠有效提高原子核間的碰撞效率，以獲得足夠的核聚變反應(yīng)率；3）能量約束時(shí)間：高溫等離子體的能量以輻射和熱傳導(dǎo)的形式逸出，能量損失的時(shí)間被定義為能量約束時(shí)間，高能量約束時(shí)間意味著裝置具有良好的隔熱性能，能量流失得緩慢，以進(jìn)一步提高核聚變反應(yīng)率。
l 解決核聚變溫度、密度、約束時(shí)間三個(gè)方面的“可控”主要有三種路徑：磁約束、激光約束和箍縮。
1）激光約束：采用多臺(tái)超大功率激光器，對(duì)準(zhǔn)封裝核燃料的氫氣小球，同時(shí)發(fā)射激光，加熱和壓縮氫燃料，激光在進(jìn)入環(huán)空器后，會(huì)擊中內(nèi)壁并使其發(fā)出X射線，然后這些X射線可以將其加熱到1億攝氏度，高能激光會(huì)使小球表面等離子體化，其余中心材料受到牛頓第三定律驅(qū)使，最終會(huì)向中央坍縮發(fā)生內(nèi)爆。在內(nèi)爆時(shí)，只要對(duì)燃料球給予正確的高溫高壓就能發(fā)生反應(yīng)，放出大量能量。
2）箍縮：跟激光聚變類似，把激光換成電流。
3）磁約束：利用磁場(chǎng)約束帶電粒子沿磁力線運(yùn)動(dòng)，發(fā)生核聚變反應(yīng)需要把核聚變?nèi)剂想凹訜岬缴蟽|度，形成等離子體，使得質(zhì)子不被電子包裹，做高速熱運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)質(zhì)子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生熱量；由于等離子體溫度極高，通過(guò)磁場(chǎng)約束質(zhì)子運(yùn)動(dòng)，從而避免等離子體接觸到容器。磁約束核聚變被看做較為可行的路徑，我國(guó)采用的是磁約束路線。
磁約束核聚變實(shí)現(xiàn)裝置主要是托卡馬克和仿星器。
l 托卡馬克在1958年由蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)明，主要由環(huán)形真空室、產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈和其他輔助設(shè)施組成。中央是一個(gè)環(huán)形真空室，里面注滿氣體，外面纏繞著線圈。線圈通電后，會(huì)在托卡馬克內(nèi)部產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場(chǎng)，里面的氣體將被電離成等離子體并形成等離子體電流。當(dāng)?shù)入x子體被加熱到極高溫度后，便可實(shí)現(xiàn)核聚變。
l 相比仿星器，托卡馬克的優(yōu)點(diǎn)在于：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，只需要真空室和線圈，線圈的結(jié)構(gòu)是規(guī)則的，比仿星器扭曲的線圈造價(jià)
低太多。生產(chǎn)周期更短，規(guī)則的線圈可以很快造出來(lái)，裝置迭代也更快。2）加熱成本低，可以直接依靠線圈進(jìn)行加熱，而仿星器不能依靠線圈直接加熱，只能依靠比較昂貴的微波和中性束的手段去加熱。
l 托卡馬克是目前全球各國(guó)投入最大、最接近核聚變條件、技術(shù)發(fā)展最成熟的途徑。
