答疑解惑：可控核聚變上一億度的高溫是怎麼回事？是多大的突破？
2020-08-13 軍武資料庫最近常常聽到一個消息，說我國的可控核聚變取得巨大的突破。成功的在XXXX萬度的溫度下運行了XXX秒。
核聚變一般的情況下會在兩種情況下產生：
首先第一個情況就是恆星的燃燒了，在極高的溫度和壓力下，恆星上的較輕的原子會克服掉原子核之間的斥力而相互結合到一起形成更重的原子。
另外一種情況是在原子彈爆炸的時候，原子彈核心所產生的高熱和高壓是可以比擬恆星上的環境的。一旦爆炸點的結構滿足可以點燃聚變燃料的條件，這時一顆原子彈在添加了聚變材料後也就成了我們熟知的氫彈。
但是遺憾的無論是恆星上的核聚變還是氫彈的爆炸都是我們所不能控制的核聚變。這些不可控的核聚變所產生的能量也就難以收集和利用了。目前人類能做到的最高利用率的不可控核聚變的利用方式很簡單——這就是光伏電池。
和太陽巨大軌道球面相比較，我們能利用到的太陽不可控核聚變的比例也是很可憐微乎其微的億億分之一的級別。
如果想更大比例的利用太陽的能量，最好的方式也就是使用戴森球了。
戴森球假想圖
簡單的說，就是用太陽能電池做一個殼將太陽包裹起來。這時候太陽所發出的大部分能量都可以被收集。如果能做到這一步，我們也就進入了第二級文明——能夠直接利用整個恆星能源的級別。這件事離我們還是十分遙遠的，至少是幾千年內都難以完成的壯舉。
如果小一點點的呢？例如用太陽能電池板將氫彈包裹起來，這樣是不是可以完全的收集氫彈爆炸所釋放出來的能源呢？理論上是可以的！
我們可以將一組太陽能電池板製作成弧面，放置在太空中。然後發射一枚氫彈到這個戶型太陽能電池板的焦點上引爆。這時由於宇宙空間內是真空狀態，氫彈的爆炸能量將以光和熱為主要的輸出手段輸出。這時太陽能電池板上會形成強大的電流脈衝，將這個脈衝以微波或者雷射的形式傳回地球而進行利用。只不過這套系統需要不斷的用火箭發射氫彈到太空中，成本過高，並且太陽能電池板改一改方向直接指向太陽所能獲得的能量其實是要比氫彈爆炸更高的。
目前沒有人做這個項目只是因為能量傳輸的問題還沒有解決。但這樣的項目可以放心，最終會出現的。
如果在地面上呢？用更小更小當量的氫彈爆炸是不是就能達到目的呢？而且還可以使用普通的電纜或者水介質來收集和傳輸核聚變的能量呢？
這就是咱們今天要說可控核聚變裝置了。
國家點火裝置核心
一般的來說，短脈衝可控核聚變裝置就是在內部引爆一枚極其微小的氫彈。
國家點火裝置氘氚燃料球
這枚氫彈爆炸的能量被裝置所吸收。就可以轉化出我們可以利用的能源。不要小看上面的這枚小氘氚燃料球，在引爆後可以產生大約相當於50公斤TNT的爆炸當量。但這個項目目前還是困難重重，原因則在於在短時間內連續的將氘氚燃料球放置在點火裝置的核心，這就導致了美國的國家點火裝置成了一個「準備半個月閃耀2毫秒」的裝置，不是特別具有實用價值。
而另外的一個路子則是長脈衝可控核聚變，我們搞的就是這種裝置。
利用磁約束氘和氚的超高溫等離子體在螺旋形磁場內部進行運轉。當內部的溫度達到聚變溫度的時候等離子體內的原子核就會產生聚變，從而釋放出能量。
這個東西其實是一個粒子加速器的變體，按理論上來說只要能適時的注入氘、氚、氦等輕原子，排出聚變後產生的重原子核這個裝置就可以一直工作下去。
但同樣，現實相當骨感。由於內部等離子體的溫度高達幾千萬攝氏度甚至上億攝氏度，並且等離子體在裝置內高速運動，這就導致了裝置極其不穩定很難讓裡面的聚變反應持續不斷的進行。
於是溫度/時間的指標也就成了目前長脈衝可控核聚變裝置的重要攻堅特性。
例如我們的東方超環，在5000萬度的溫度下可以持續工作101.2秒，在一億度的溫度下可以工作9.76秒……這些指標就已經代表了世界上最先進的水平。也就是我們經常在新聞上看到的「我國的可控核聚變取得巨大的突破」的源頭了。
問題來了：可控核聚變裝置上這麼高溫是怎麼回事？會不會對讓殼體熔化從而產生事故？
要搞清楚這個問題首先要知道溫度和熱量是兩個完全不同的概念。溫度是指分子、原子的運動激烈程度，通常的情況下我們可以簡單的計算為溫度每上升1K（kelvin）等於粒子的能量提高了0.00008622電子伏特（eV ）。
大氣分層
在距離地面90-1000公裡的大氣層被稱之為熱層（Thermosphere）。熱層的大氣溫度是1200-2000度之間。而恰恰我們的所發射的大量人造衛星和空間站其實都是在熱層中運行的。並沒有因為這麼高的溫度而被熔化掉。
原因則在於這層空氣溫度雖然高，但是這層空氣已經是接近於真空了，每立方米的空氣裡面只有不到一個原子存在。因此即便是這個原子具有很高的能量（溫度），整體的空間內的熱量也是幾乎為0的狀態。所以太空飛行器在這一層要做的依舊不是隔熱防止熔化，而是保溫防止凍結。
和熱層的道理一樣，可控核聚變裝置的腔體內部也是近乎近似於真空的狀態。
由於是近似於真空的狀態，雖然溫度很高但是熱量也就並不大。咱們的東方超環以5000萬度運行100秒所儲存的能量也只有300千焦。
300千焦的能量有多大？相當於6.5克汽油完全燃燒。
所以我們造了一臺上千噸的設備（這東西真的有上千噸重），費勁吧啦的跑了100秒，其實只釋放出來6.5克普通汽油的熱量。
換句話說5000萬度的這個等級上，這臺裝置如果日夜不停的跑，需要487年的時間才可以產生1噸汽油的能量。
日本有臺類似的裝置叫做JT-60，每次長脈衝儲能是800千焦。由於運行時間短。按照日本的機器的功率來計算也得327年的時間才能產生1噸汽油的能量。
所以在這種裝置上各個國家所以說的重大突破其實還都是0.0000001的突破，還真的稱不上是0到1的突破。
這件事不是說如何看待「中國的」可控核聚變的「重大」突破的問題。而是需要正視可控核聚變這項技術的真正難度的問題。按照現在的技術來說就是突破了10000秒的運行時間，也只是一個很小的數字量級。除了科研價值之外根本沒有什麼太大的意義，這東西按照現在的技術水平上來說是無法解決人類所面臨的能源問題的。
但雖然這樣說，搞這個東西還是有意義的。其意義在於萬一我說是萬一哪天有0到1的突破呢？
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