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10月9日，吉尼斯世界紀(jì)錄網(wǎng)站發(fā)布了一個公告，來自美國田納西州，現(xiàn)年15歲的杰克遜·奧斯瓦爾特，成為有史以來最年輕的，制造出核聚變反應(yīng)堆的個人（制造出核聚變堆時離13歲還有幾天，審核了2年）！ 對于核聚變我們并不陌生，一直以來都聽到核聚變的新聞，開始研究到現(xiàn)在都已經(jīng)過去半個多世紀(jì)了，連幾十個國家湊一起的國際熱核聚變反應(yīng)堆，從2007年10月開搞以來都過去十幾年了，居然還沒成功，被一個小學(xué)生完敗，這是什么原因？ 核聚變到底是什么原理，為什么它那么難搞？核聚變說簡單了就是太陽發(fā)光發(fā)熱的原理，這個事情曾經(jīng)連科學(xué)家都搞不明白，以前還以為太陽是燒煤的，但很顯然用黑體輻射一算，這煤也不夠燒那么久啊！最初解決這個問題的思路還是愛丁頓提出的，他認(rèn)為太陽可能是輕核聚變中獲得能量，盡管提出了具體的過程，但還有一個非常麻煩的問題無法解決！  愛丁頓 因為科學(xué)家們通過光譜發(fā)現(xiàn)，太陽上最多的元素是氫，但氫有三種同位素，分別是氕氘氚，比例最高的是氕，幾乎就100%，氘還是有一丟丟，而氚幾乎就不存在，因此太陽內(nèi)核正在產(chǎn)生的反應(yīng)，必定是氕氕反應(yīng)開始的！ 但氕氕反應(yīng)要吸收能量，而太陽的大小與質(zhì)量不足以讓氕氕反應(yīng)，這讓科學(xué)家尷尬了，但太陽就在那里！后來這個問題被伽莫夫解決了，因為量子隧穿效應(yīng)讓氕氕在不太滿足的條件下仍然可以反應(yīng)！從而解決了太陽發(fā)光最關(guān)鍵的第一步！ 核聚變真就是太陽發(fā)光原理嗎？ 核聚變程序于1932年由澳洲科學(xué)家馬克·奧利芬特發(fā)現(xiàn)的，1927年他在劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室工作期間用粒子加速器轟擊氘核（D，重氫）產(chǎn)生氚（T，超重氫），成為世界上第一次核聚變實驗！這里的兩種物質(zhì)，氘和氚很關(guān)鍵，它是未來氫彈和核聚變堆中最關(guān)鍵的燃料！ 氕氕氫同為素中比例最高的，但它聚變要求極其變態(tài)，連太陽內(nèi)部也是每十億個質(zhì)子相遇才有一個機會聚變成氘，然后在于氕氘聚變成氦三，但以人類的條件，連氕氘聚變也無法實現(xiàn)，只能退而求其次，搞氘氚聚變，這個相對容易一些！  氘氚核聚變 核聚變堆有什么要求？ 原理我們搞明白了，那么核聚變堆怎么來實現(xiàn)呢？一般核聚變堆主要有兩種路子，一個是前蘇聯(lián)在1968年搞出來的磁約束托卡馬克結(jié)構(gòu)形的核聚變裝置，另一種則是激光點火的慣性約束核聚變裝置，我們一一來簡單介紹： 磁約束核聚變裝置 將高溫的等氘氚離子體（導(dǎo)電）在約束在磁場中，然后對這些高溫等離子體持續(xù)加熱，使其中的氘氚原子核發(fā)生聚變釋放出巨大的熱量，說起來非常輕巧，但實際操作難度極高，因為高溫等離子體不聽話，第二則是加熱方式，對等離子體怎么加熱？第三則是第一壁的材料！ 被磁場約束的等離子體有數(shù)千萬到上億度的高溫，在磁場中等離子體運動極其復(fù)雜，內(nèi)部電流高達(dá)千萬安培，扭曲模、磁島以及磁面撕裂等問題非常嚴(yán)重，如果失控最好的結(jié)果是熄火，最壞甚至可能爆炸！而計算機根本難以預(yù)測，所以盡量保持得更久，可以將其加熱到更高的聚變溫度，就成了重中之重！ 另外懸浮在空中如何加熱？一般有歐姆加熱和中性粒子流加熱兩種方式，前者會隨著等離子溫度升高效率下降，后者用庫倫碰撞原理將能量傳遞給氘氚離子，還有則是波加熱方式，都存在一些難以克服的問題。
還有就是氘氚核聚變時會產(chǎn)生中子，會讓內(nèi)壁防熱傳熱材料變性，原理是原子核吸收多個中子后，會衰變，變成元素序號+1或者更高序號的元素，簡單的說就是變成別的元素了，這材料還是耗材，經(jīng)常得換，價格還很高。另外為了實現(xiàn)這些變態(tài)的條件，比如超導(dǎo)材料制造的線圈這些都比黃金還貴，所以玩核聚變堆，還不是一般人所能燒得起的！  超導(dǎo)線圈安裝 另一種磁約束裝置是仿星器，其不規(guī)則的磁場容易產(chǎn)生磁感應(yīng)強度周期性振蕩，這會導(dǎo)致它的約束性能下降，面臨的問題和托卡馬克不一樣，但一樣很難解決！ 則是慣性約束核聚變裝置 這個原理就更簡單了，用極光轟擊氘氚燃料小球，讓其發(fā)生聚變反應(yīng)！但問題是需要上百束激光，而且加熱后效率迅速下降，難以保持聚變，另外還有這個燃料小球怎么快速更換？如何將這些能量引出來？慣性約束在搞的不多，不過它在作為星際航行發(fā)動機上有比磁約束更優(yōu)秀的條件。
美國小學(xué)生搞的核聚變到底是原理，和ITER是同一路貨色嗎？說了那么多廢話，不就是為了說一個字“難”嗎？為什么人家美國小學(xué)生都實現(xiàn)核聚變堆了，而全世界的科學(xué)家搞了都快半個多世紀(jì)了，連個屁都沒放出來？
美國小學(xué)生的核聚變到底是什么鬼？ “我已經(jīng)能夠利用電來加速氘的兩個原子，因此它們?nèi)诤铣?氦原子并釋放出中子，該中子可用來加熱水并打開蒸汽機，從而產(chǎn)生電能。 ”，來自田納西州的孟菲斯市奧斯瓦爾特如是說。 奧斯瓦爾特展示吉尼斯證書 聽上去非常高大上，確實也實現(xiàn)了核聚變，但充其量只能算是一種中子發(fā)生器！在上文中奧斯瓦爾特也說錯了，核聚變并不是利用中子來燒水，中子很難利用，不過可以讓鋰變成氚，從而實現(xiàn)核聚變堆的自持氚燃料提供！ 氚的制造 這種核聚變堆有一個學(xué)名，叫做“靜電場約束型核聚變裝置”，它的原理和磁約束托卡馬克或者仿星器原理差的就遠(yuǎn)了，它的結(jié)構(gòu)是一個真空狀態(tài)的大球，四周是電極，中間的金屬網(wǎng)格小球帶有高壓靜電，氘粒子導(dǎo)入后會在靜電場加速下發(fā)生碰撞，最后發(fā)生聚變反應(yīng)！反應(yīng)過程如下： D + D → T + p (釋放4.03MeV能量) 兩種都可能發(fā)生，為什么不用（氘）D+T（氚），這個更容易！但其實氚很難獲得，價格極高，不是一般人所能玩得起的，幸虧它可以讓聚變中的中子轟擊離產(chǎn)生，要不然聚變堆我們也玩不起！
那么D+D也就是氘氘反應(yīng)也可以啊，為什么那么簡單的聚變反應(yīng)堆不制造，要去搞什么超高難度的托卡馬克和仿星器或者慣性約束聚變呢？原因很簡單，因為這種靜電場約束型核聚變裝置就是大玩具，它的Q值極差，也就是輸入的能量和輸出的能量別說1:1達(dá)不到，連1000:1都沒有，作為發(fā)電站，總不能輸入一千瓦時，輸出只有一瓦時吧，這虧本生意誰做??？
全世界頂尖科學(xué)家正在努力的ITER，Q值也僅僅值達(dá)到10，也就是輸入1份能量，輸出10份，看起來不錯了吧，不過它并不能持續(xù)，而且這個比例距離商用還遠(yuǎn)得很！而在2030年即將建成的CFETR（中國）Q值能達(dá)到25以上！ 核聚變路線圖 但是距離商用還有很長的路要走，順利的情況下大約在2050年可以建成PFPP的核聚變原型堆，看到本文的大部分應(yīng)該還能活著看見哈！ 靜電場約束型核聚變裝置 所以這就是個毫無用處的聚變裝置，但也不能如此定義，一個小學(xué)生能獨立完成如此實驗，那動手能力絕對杠杠滴，當(dāng)然我們也不相信都是他個人所為，拼爹還是必須的，但主要思想和實驗主導(dǎo)由他完成也已經(jīng)很了不起了！
我們恭喜他，但請勿盲目崇拜，畢竟這距離真正的核聚變還有一光年距離！ |
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