1克燃料可产生约8吨石油的能量，将彻底替代石油！这种技术中国厚

　　能源巨变正悄然而至！

　　有一种变革性能源技术，将颠覆当前的能源结构。这种技术获取的能量，未来将可以彻底替代石油、天然气等化石能源。到那时，中国不再需要从中东、俄罗斯等地进口石油、天然气，石油、煤炭等都将终结能源使命。

　　这种获取能量的技术是“可控核聚变”，比现在核动力、核电等使用的“核裂变”技术更厉害，释放的能量更大，只需要1克燃料，其聚变所获得的能量，相当于燃烧8吨石油，不产生二氧化碳等温室气体，而且核废物也更可控。

　　近年来，国际上相继实现磁约束、激光惯性约束核聚变，更接近未来能源，国际上又掀起一波研发高潮。

　　那么，在“可控核聚变”研发方面，中国已走到哪一步了呢？

　　为了揭开可控核聚变的神秘面纱，詹文龙曾担任中国科学院近代物理研究所所长、中国科学院副院长以及国际纯粹与应用物理学联合会第27、28届执行委员会副主席等，是这个领域的学术带头人。

　　何为核聚变？何为“可控”核聚变？

　　据了解，目前，核聚变能源是将两种氢同位素加热到极高温度，原子核熔合成质量较轻的氦和中子，微小的质量差按爱因斯坦的能量质量转换成巨大能量。所谓“可控”，意味着人们可以控制核聚变的开启和停止，核聚变的反应速度和规模可以随时被调控，相当于可控的“人造太阳”。

　　有资料表明，核聚变原料所释放出的能量，比同质量的核裂变原料所释放的能量要大得多。作为原料之一，氘在自然界中广泛存在，每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油。

　　其次，核聚变产生的能量密度非常高，核聚变能量释放效率远超传统化学能源的燃烧，可达百万倍之差，如产生聚变的另一种原料氚由中子和锂6反应释放能量就比锂电池高百万倍。这意味着相对较小的燃料量可以产生巨大的能量。1克氘氚燃料聚变所获得的能量相当于燃烧8吨石油 。

　　此外，可控核聚变技术的研发不仅有望解决能源问题，在研究过程中也能推动相关技术领域的发展。比如，可能为超导、核医学带来更多创新应用，未来肿瘤治疗和高精度诊断将更加普及，且价格亲民。现在一个疗程可能需要20多万元，未来，从设备制造角度来看，可能就降到10来万。加速器技术的进步也将使得设备小型化，更广泛地惠及大众。

　　与历史上的蒸汽、电力革命相似，可控核聚变也是作为潜在的低碳能源变革，对经济社会发展影响更大的是在二次、三次能源的应用上，为未来社会的能源结构与动力系统带来颠覆性转变。

　　以现在我们核能利用为例，除了核能发电，核技术在军事、医疗等领域也得到了推广和应用，军事方面如核潜艇、航母等大型舰艇运用核裂变反应提供动力。在太空探索中，尽管成本较高，核能已被用于火星探测和月球探测任务。核能也被用于小型设备，如心脏起搏器中的同位素电池。

　　未来想要商业利用可控核聚变提供能源，除了需要解决聚变燃料的可持续循环和抗聚变快中子辐照材料外，肯定要考虑经济性。到目前为止，我们主要采用磁约束路线来实现可控核聚变，这种情况下，核聚变反应堆的规模会非常大，经济性很难提高，性价比不高，所以，工程建设方面，只能一边建设一边改进技术，进行渐进式创新。

　　20世纪90年代以来，磁约束可控核聚变科学原理得到证实，当前已进入工程可行性研究阶段，国际热核磁约束核聚变装置为代表的一批装置投入运行将是可控聚变作为低碳能源的新里程碑，政府、私人投资有望快速推动行业进入商业化阶段。

　　我认为，2060年之前依靠可控核聚变技术实现规模性供电是不现实的。目前，全球能源供应依然主要依赖于化石能源以及部分可再生能源等，国际能源总署展望全球核电规模将提高2~3倍。但是可控核聚变技术肯定会有所进展，预计能达到示范性阶段，即展示其能够产出稳定电力的能力，能否实现大规模商业应用仍是未知数。

　　目前，全球科学家都在为2035 至2040 年实现核聚变而努力，但将其转化为商业应用还面临诸多挑战，例如经济性。到2060年，核聚变发电的经济竞争力与其他能源相比仍存在不确定性，因为现在太阳能发电已经算得上是“白菜价”了，最低已进入0.1元/KWh。

　　据了解，目前，磁约束核聚变与惯性约束核聚变，被认为是实现可控核聚变的两种重要方式。其中，磁约束聚变通过低密度长时间燃烧的方式实现氘、氚等离子体的自持燃烧，并将这种燃烧维持下去。想要实现核聚变需要高温、高密度和足够长的反应时间，以上三个参数同时达到一定标准才能发生自持的核聚变反应，以保证能量的有效释放和稳定输出。

　　氚是一种放射性核素，自然界中基本不存在。理论上，氘氚聚变反应中释放的一个快中子可与铍反应产生2个慢中子，将锂分解成氦和氚，但技术的可行性需要实验验证。

　　此外，这个反应的前提是有一个正在运行的聚变反应堆，商业规模反应堆本身也需要足够的氚来启动。如果燃料自持的理论得到验证，那么可控核聚变确实是无限的。

　　氘氚反应产生的中子能量比现有裂变反应的要高，对材料的抗辐照性能提出了更高要求。截至目前，全球还没有一个真正的高强度聚变中子源来测试材料，因此，需要进行更基础的研究。

　　值得一提的是，近年来，中国在核聚变研究方面特别是在长脉冲条件下的高温或高密度运行方面保持了世界纪录，尤其是在超导磁约束等技术难题上取得了突破，超导材料以及大型磁体在ITER研制处于主要承建者，在高温超导及磁体的研发及应用方面走到国际前列，并在全球聚变研究领域保持了一定的先进性。比如东方超环首次实现403秒高约束模等离子体运行，相应提高在ITER的话语权。

　　我们说在核聚变研究中，激光惯性核聚变是一种发展较快可控惯性聚变方法。美国国家聚变中心利用超强激光成功触发兆焦规模的核聚变反应，我国在这个领域的研发估计2030年也能实现聚变反应。然而，这种方法的电和激光转换效率相对较低，整个过程中的能量转换效率不到5%。这意味着，尽管激光惯性核聚变在实验中取得了一定成功，但其效率不足以用于商业发电。

　　相比之下，强流重离子惯性聚变驱动源是国际学术界公认的一种理想惯性聚变能的方法，强流重离子束能量转换效率高达30%、十赫兹重复频率、束流最后传输器件离靶5米以上、加速器长期稳定运行且可维护，重离子惯性聚变反应的能量放大倍数可达千倍。

　　重离子惯性聚变的难点在于达到爆炸要求的能量密度比强流加速器高出千万倍。上世纪70年代开始，国际上很多人研究，但强流加速器方面的技术研究进展相对慢，近十年来，我国在强流束流物理方面取得突破、在高能量密度物质发现新性质找到了更高效的聚变方法；2025年将建成国家重大科技基础设施“强流重离子加速器研究装置”，随后，重离子束流可达到高能量密度状态条件，实现百千焦小规模的聚变“爆破”实验，使国际重离子惯性聚变进入新的里程碑。

　　一旦实现小规模的聚变“爆破”，下一步我们将聚焦于扩大规模并优化能源转换过程，包括把百千焦束团能量的加速器增强到兆焦束团、提高效能、束团的重频及开发高效能的能源收集转换系统，将核聚变反应释放的能量转化为电能等实用能源形式，推动可控核聚变的应用。