核聚变简史

核聚变简史

　　

　　核聚变的原理说起来非常简单，就是两个原子核撞在一起，合并成一个更大的原子核。其中一部分质量会在这一过程中以能量的形式释放出来，其质能转换比就是爱因斯坦著名的方程式E=MC²。因为光速（C）是一个很大的数，所以一点点质量可以转变成超多的能量，这就是为什么核电站的能量密度超高的原因。

　　核聚变是宇宙中最为常见的反应，也是宇宙中绝大部分能量的来源。我们的太阳就是一颗不停地进行着聚变反应的大火球，其中一小部分能量以光线的形式传送到地球上，滋养了世间万物。

　　如此说来，核聚变应该很容易实现吧？错！因为原子核都是带正电的，彼此之间有电荷斥力，需要很高的密度和动能才能让两个原子核碰到一起并发生聚合反应。换成工程师语言的话，这就相当于把一团炽热的原子压缩得非常紧密。但高温和高压是两种截然相反的物理性质，很难同时满足，再加上核聚变会释放出巨大的能量，这会让原子团变得更热，因此也就更难被压缩。

　　1958年，中国第一座原子核反应堆

　　另一个难题就是如何控制核聚变，我们起码得把核聚变原材料装在一个容器里吧？但实现核聚变需要上亿度的高温和超高的压力，人类不可能造得出这样一种容器，只能想办法让核聚变材料和容器壁隔开，没有第二种选择。

　　太阳完美地解决了这两个问题：它悬浮在真空中，不需要容器，它体积巨大，其中心的温度和压力自然也就非常大，正好可以满足核聚变的所有条件。即便如此，太阳内部的核聚变强度也是很低的，只是因为它太大了，所以释放出来的能量已经足够地球生物使用了。

　　《热核艺术》剧照

　　可惜太阳所具备的条件在地球上极难实现，这就是为什么人类虽然早在1960年代初期就实现了核裂变发电的商业化，但核聚变电站直到现在都还遥遥无期的原因。

　　我们可以简单对比一下核裂变和核聚变：核裂变是放射性元素（比如铀235）自发开始的，裂变之后释放出来的中子可以引发新的一轮核裂变，所以只要原材料的浓度达到一定水平，核裂变可以自发地维持下去，人类反而需要通过各种技术手段来降低核裂变的速度。现在所有核电站的工程师们挖空心思琢磨的都是怎么停止核裂变，这个任务相对来说并不难，只要在原材料堆里插入能够吸收中子的控制棒就行了。事实上，全世界的核电站运行了那么多年，只发生过3次大的事故，其中两次是人为因素，一次是自然原因，所以我坚信核电站的安全性是相当高的，其单位发电量所对应的死亡人数远比化石能源发电站要低得多，和风力发电或者太阳能发电的水平不相上下。