夺宝女皇 - 夺宝女皇最新：让“太阳”为人类发电？可控核聚变究竟走到哪一步了？

从日常用电、工业生产，到未来不断增长的能源需求，人类社会的发展离不开稳定、充足的能源。从短期来看，核聚变电站将会逐步建设，逐渐发挥能源的作用，而且会不断降低建设成本和运行成本。比如，我们国家的“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置，就是磁约束路线的代表，它通过稳态的强磁场将燃料形成的等离子体约束在真空室中，让其稳态运行。因为这一设想，人们也常把它称为“人造太阳”。不过，让核聚变反应发生，只是第一步，如何让它稳定运行，并真正将能量转化为可利用的能源，仍是科学家需要攻克的难题。这确实给核聚变发电带来了希望，但距离真正的商业发电，依然有一段距离。从长期来看，人类从古至今使用的绝大部分能源都是化学能，如果核聚变能够普及，人类的主流能源类型将从化学能彻底转向核能。它模仿太阳内部释放能量的机制，有望为人类提供一种清洁、能量密度高的能源。科学家一直在探索新的能源利用方式，而可控核聚变，正是其中备受关注的前沿方向。而且除了这些可预料的问题，在实际的堆级建造过程中还可能会出现之前从未想到过的问题，这些也只能在真实的建造和实验过程中一点点摸索，解决。这将极大地提升人类的能源供给能力，毫无疑问会为人类文明带来巨大的飞跃，而且可能会远超我们每一个人的想象。“十五五”规划纲要明确提出将发展核聚变能列为新的经济增长点。为了实现可控核聚变，夺宝女皇路线：磁约束和惯性约束。另一条路线是惯性约束，美国的“国家点火装置”以及我们国家的“神光II号”装置，就是这条路线的代表。又为什么值得期待？ 为此，夺宝女皇该方案副研究员陈冉老师和科普主管蔡其敏老师进行解读，帮大家更好地理解可控核聚变堆级及其应用前景。核聚变发电站有天然的安全优势，夺宝女皇出现故障或者断电，反应堆中的等离子体会迅速熄灭，反应会直接终止，不会发生爆炸或者堆芯熔毁的问题。比如由多个国家共同参与的国际热核聚变实验堆，正在法国建设，就是“堆级”实验装置。那么，可控核聚变究竟是怎么回事？它与我们的生活又有什么样的关联？目前，只有少数惯性约束装置在实验室中实现了Q值大于1。在磁约束路线中，夺宝女皇还并未突破Q值大于1这个“大关”，但通过一些该领域推测，如果替换更合适的反应燃料，Q值理论上也突破了1。很多人可能听说过核聚变，它是由几个较轻的原子核结合成较重的原子核的过程，在这个过程中，一部分质量亏损会转化成为巨大的能量，比如氢弹爆炸能够释放出巨大的能量，主要靠的就是核聚变。假如可控核聚变电站真的建成了，它会给我们的生活带来怎样的变化？陈冉老师举了一个非常形象的例子：想要用核聚变发电，就像用“博尔特的速度去跑马拉松”。2026年，“可控核聚变的堆级实现”入选2026年世界科技与发展论坛发布的年度“十大科技前瞻”。但想做到这一点绝不简单。在核聚变研究中有一个非常核心的指标——Q值。目前已经实现了“1亿度”“1000秒”的目标，且实现了高约束模式等离子体运行。但氢弹爆炸的过程中，核聚变产生的能量是在极短的时间里释放的，如果让这个能量可被控制地安全释放出来，我们才能够更好地加以利用，夺宝女皇正是用来实现这个目的的。因此，“堆级实现”关注的不只是某项实验指标能否突破，更是能否逐步解决未来聚变堆真正运行所需要的关键问题。夺宝女皇路线，核心目标都是在受控的条件下让核聚变的能量缓慢释放，进而利用这些能量来发电。而我们国家的人造太阳EAST是全超导的实验装置，优势正是能实现“跑马拉松”。另外，很多实验装置采用的反应原料是氘，在目前的亿度高温情况下氘-氘核聚变反应截面更小，反应率更低，单次释放能量也比氘-氚核聚变更低。因此未来核聚变发电，反应燃料要用氘和氚，氚有超过12年的半衰期，这又需要综合考虑反应装置的氚处理能力，以及维护和安全保障等等。它们通过激光轰击靶丸引发内爆，内爆产生的高温和高压为内部反应物的核聚变反应创造条件。所以，很多国家和组织正在积极建设“堆级”实验装置，就是要尽可能去模拟真实的反应堆，去发现和解决核聚变商业化发电中的难点问题。这里的“堆”，可以简单理解为未来用于利用核聚变能的聚变堆。它不只是要让核聚变反应发生，还需要将反应产生的能量有效利用起来，并具备稳定运行、燃料供应、材料耐受等一系列工程能力。其实，现阶段绝大部分核聚变实验装置与未来的商业聚变堆是有差距的，只能用来验证或者实现堆级的某部分要求。比如，前面提到的，有些实验装置主要侧重于验证“等离子体参数”，有些则侧重于验证是否能持续稳定运行。其实已经有很多核聚变实验装置能够实现“博尔特的速度”，但很难让这个“速度”维持足够长的时间。其中，“博尔特的速度”指的是核聚变装置中的等离子体参数要达到非常高的数值，而“跑马拉松”则是装置要能保持长时间稳态运行。简单来说，Q值就是核聚变产生的能量与输入能量的比值。当Q值大于1时，意味着输出能量大于输入能量，实现了“净能量增益”。而且反应物和产物相对于传统核裂变发电站更加清洁，拥有更高的选址自由度和安全性。