不知道你們那裡近來有沒有「拉閘限電」？
這情況似乎不少地方都有「遭遇」過。很多小夥伴就納悶了：現在我們已經有火力、水力、風力、太陽能、化學能等等能源了，可是電為什麼還是不夠用呀？真是讓人著急！
這個時候可能大家對「可控核聚變」這個解決人類終極能源的辦法，又開始心心念念了。
新聞不是剛剛的報導：中國新一代「人造太陽」中國環流器二號M裝置，在成都建成並實現首次放電了嗎？這是個好消息哈，聽說技術已經反超美國了。我們會不會是最早實現可控核聚變的國家？什麼時候可以實現呢？
答案，你看完這篇文章，也許心中就有數了。今天我們就通俗的來聊一聊「什麼是可控核聚變？」「中國的可控核聚變是如何走到今天的？」
人類的發展離不開動力，而要有持續的高效率的動力，就得有源源不斷的能量供應。從煤炭、到石油再到電能風能太陽能，無不不是為了獲取能量提供動力的有效辦法。
而到了現在，我們發現有兩個方法只用很少的物質就可以產生巨大的能量，這就是核裂變和核聚變。
核裂變是一個較重的原子核裂變成幾個較輕的原子核的過程；而核聚變則正好相反，是兩個較輕的原子核反應生成一個較重的原子核的過程。它們的反應過程都會產生巨大的能量。
核裂變產生的原子彈，大家都知道它的威力了，而核聚變產生的氫彈，威力更是原子彈威力的千倍萬倍。
核裂變除了做原子彈外，我們現在已經在用它的能量來發電了，也就是大家熟悉的核電站。那麼核聚變產生的能量更大，如果用來發電不是更好嗎？
確實是的，核聚變不僅可以產生巨大的能量，還是一種不容易爆炸、便宜、汙染少、資源幾乎無限量的能源。核聚變產生的能量有多 大呢？我們做個比較，比如你想要一個發電一百萬千瓦的發電站，如果燒煤，你每年需要 210萬噸煤；如果是現行的、基於核裂變的核電站，你需要 30 噸核燃料；而如果是核聚變，你只需要 600 公斤燃料就可。
現在科學家們通常用作為核聚變的原料主要是氫的兩個同位素氘和氚 ，這個核聚變的方法是1939年，美國物理學家們通過實驗發現的。氫是由1個質子和1個電子組成，而氘和氚的性質和氫幾乎是一樣的，只是氘多了1個中子，而氚多了2個中子。這種質子相同而中子不同的元素，就稱為同位素。
在聚變反應堆中，氘和氚的反應會生成一個更重的氦和中子，從中也產生了巨大的能量：氘 + 氚 → 氦（3.5MeV）+ 中子（14.1MeV）
氘元素在海水中都是，可說是唾手可得，還幾乎用之不盡。而氚元素自然界中沒有，需要用中子去轟擊鋰就可以得到：中子 + 鋰 → 氚 + 氦 + 4.8Mev
鋰元素也是比較容易得到，現在不是也有很多鋰電池嗎？中子從第一個反應中就可以利用，這樣還能減少中子產生的副作用。
這個核聚變反應的過程，看上去似乎極其的簡單，可是要讓氘和氚產生聚變反應需要一個條件，就是要突破它們原子核之間的勢能壁壘 ，原子核都是帶正電的，它們之間有排斥力，要突破這個勢能壁壘就得讓它們有足夠的溫度和密度，並且要持續反應還要有足夠的時間。
要保持氘和氚穩定的反應，這個溫度得大概保持在1-3億攝氏度之間。
這時問題就來了，達到這麼高的溫度以現在的技術並不是問題，問題是，用怎麼樣的裝置來控制這麼高溫高動能的反應堆？以目前人類能達到的最高水平製作的容器，任何材料的裝置遇到這些反應堆都立馬灰飛煙滅，可控核聚變難就難在「可控」上。
後來科學們想到了兩個約束高溫反應的方法：一個是慣性約束。慣性約束是用一個小球，裡面裝著氘和氚的混合氣體，然後用雷射束或是粒子束去轟擊它，讓它在高溫高壓之下產生核聚變反應，這種方法主要是靠高密度擠壓，它所需的溫度相對低些，這個方法的理論奠基人之一就是我國著名的科學家王淦昌。
另一個是磁力約束，由於高溫之下，原子核已經變成離子態，就是原子核和電子分離的狀態，而原子核是帶電的。如果建一個環形的磁場，在強大的磁力約束下，那麼原子核就會繞著磁力線運動，這些粒子就只能繞著磁場轉圈圈，它們也就被懸空約束住了。這個方法的理論是蘇聯科學家塔姆和薩哈羅夫提出的。目前世界上的可控核聚變的研究，主要都是在用磁力約束。
要用磁力約束核聚變反應，也並不容易，畢竟裡面的粒子都是高溫高速在運動的，可以說是非常的不穩定。直到1954年，蘇聯科學家做出了世界上第一臺託卡馬克裝置，即T-1。情況才有所改善。到1968年，T-3的等離子體成功超過了一千萬度後，世界各國才開始跟進，之後託卡馬克裝置就成為磁力約束可控核聚變的主流技術路徑。（託卡馬克裝置圖）
從圖中大概可以了解託卡馬克裝置工作的原理:粉色的就是氘和氚的帶電等離子體氣體 。黑色的曲線就是磁場的總磁力線，其中主磁力線由外面包著的那些藍色的導體線圈生成，還有側向的磁力線（綠色）由等離子體的電流自己生成。
氘氚等離子體就這樣在託卡馬克內部轉圈，溫度極高而又不必接觸到牆壁，這豈不是非常完美的裝置嗎？當然，這只是一種理想的狀態，要讓可控核聚變穩定反應，並非那麼容易。
我們中國的第一臺託卡馬克裝置建於80年代，於1984年由西南物理研究院建成完工，當時的設備還是從德國買回來的。可是當時的水平還很落後，等離子體存在時間才4秒，幾乎就是一瞬間就結束了。
中國可控核聚變研究，真正的轉機直到1990年，蘇聯解體後，因為經濟困難，把他們閒置已久的T-7裝置送給了中國，並派專家一同協助中國科學家重新改造。最終於1995年T-7重建成功，並改名為HT-7，這個託卡馬克裝置也就是「合肥超環」。這是中國可控核聚變技術第一次追近世界先進水平，是當時世界上第四個擁有超導託卡馬克裝置的國家。
經過合「肥超環」技術經驗的積累，我們開始動工製造自己的新一代超導託卡馬克裝置，並於2006年完工，這個就是東方超環（EAST），東方超環表現非常出色，實現了最長時間的穩態運行，成為了世界上第一個全超導託卡馬克裝置，也有了一個酷酷的稱呼「人造小太陽」。
中國的可控核聚變技術有了很大提高後，各國也紛紛要與中國合作取經。因為目前的所有裝置只是做實驗，並且存在的難題還很多，於是世界各國之間的科學家，都願意分享自已的研究成果，希望一起推動可控核聚變電站的早日實現。實驗的過程，還得需要很多的人力、物力和財力，所以歐盟、印度、韓國、日本、美國、俄羅斯和中國等還共同出資在法國聯合建設一個大型託卡馬克實驗裝置，叫國際熱核聚變實驗堆（ ITER ），預算 200 億歐元，大概是史上最貴實驗裝置，並且中國的出資比例還很高。
這個世界大合作的可控核聚變實驗裝置，本來是說好在2020年就能建成開始做實驗了，後來又改成2026年，現在估計第一次進行放電，大概又要改到2040年以後了。因為參與的人多，協調起來並不容易，並且似乎美國和歐洲並不急著讓可控核聚變電站做成，他們只是希望做做理論方面的研究就OK了，所以互相扯皮，這個項目一拖再拖，但是中國表示等不住了！
本來還指望和世界各國人民一起努力推動科學進步，但是事實證明，進展極其緩慢，於是中國只能做兩手準備，一邊和世界各國共建 ITER ，一邊著手籌劃自已新的實驗項目。2009年在東方超環的基礎上，啟動了中國環流器二號項目-HL-2M，2020年 12 月4日終於宣布首次放電。
從上世紀60年代起，全球一共出現過200多個核聚變實驗堆，目前正在運行的還有幾十個。咱們國家這次建成的環流二號M和英國的JET的尺寸差不多，按尺寸能排世界第二。
這時大家別以為大功即將造成了，至此還不是正式的發電站要用的核聚變反應堆，這些裝置只不過是用來做各種核聚變實驗。以後也不會用它們來做發電站的裝置。要達到可以發電的核聚變電站，還差十萬八千裡呢。
目前，世界各國的可控核聚變裝置，能做到1億攝氏度以上穩定200秒就很不容易了。而國際上認為，初步的實驗成功的標誌是維持1000秒。
11月23日韓國剛宣布他們的超導核聚變研究裝置KSTAR的超高溫等離子體在1億攝氏度下保持20秒，這已經是一個新的突破了。要知道，目前，美國、日本和歐洲團隊的等離子體在1億高溫下，只能保持最長時間約為7秒，而中國的東方超環（EAST），在2018年保持10秒，已經是當時的世界紀錄。
可控核聚變主要是靠實驗積累經驗，一點點改進，所以需要調動很多的人力、物力和財力，這對於中國來說似乎就是一種優勢。並且，內蒙古白雲鄂博的稀土資源，它使得我們的超導工藝和雷射技術並不落後——這可是可控核聚變不可或缺的條件。
中國在可控核聚變技術方面，目前已經進入世界前列，至於什麼時候才能實現用核聚變發電？是不是我們率先實現這個願望？希望不再是「再過50年」。
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