12月4號，新一代“人造太陽”的核聚變裝置，中國環流器二號M裝置成功實現了首次放電。
這條“中國可控核聚變設備開始運行”的新聞咋就沒人關注呢？用電不要錢了不香嗎？
翻了翻相關報道，難怪沒人看，全是理論物理數據什麼的。不過這麼“科幻”的玩意出現在身邊，不聊聊真對不起自己。我也看看自己能把這個“核物理”領域的東西聊得生動點不。
鋼鐵俠胸口那玩意，咱也快有了
一直覺得鋼鐵俠胸前那個“方舟反應堆”有點意思：小則驅動戰甲，大則全市供電。就算炸了，也就毀他們家自己的大樓而已，連後遺症都沒有。
畢竟火電站的資源消耗太大，核電站安全性能在切爾諾貝利和福島以後讓人不放心。至於什麼太陽能、風能、潮汐能發電，最多也就是個“點綴”，成不了氣候。
早就知道憑目前人類技術，“核裂變”基本已經被駕馭。但已知的最強力量“核聚變”只掌握了一丟丟，那就是氫彈。
氫彈是以氫的同位素氘（音：刀）和氚（音：川）為核爆炸燃料，先由原子彈做“核引信”（核扳機）爆炸之後產生的接近5000萬攝氏度的高溫點燃氘和氚後，形成更大的熱核反應，也就是用核裂變轟擊核材料形成核聚變。（說白了就是“拿原子彈引爆氫彈”）
氫彈的殺傷威力比原子彈大得多，原子彈的威力通常為幾百至幾萬噸級TNT當量，氫彈的威力則可大至幾千萬噸級TNT當量，其爆炸達到的溫度約為100億度，亦即太陽中心溫度的1000倍。
△左上角為太陽，太陽光芒被極強烈的核爆炸所給遮蔽
人類最近不怎麼打特別大的仗了，原子彈根本用不到，為了讓它“發揮點餘熱”，核電站就出現了。但是核電站“個頭”太大比不上鋼鐵俠胸口那個小東西“酷”。
既然氫彈威力比核彈大那麼多，如果用它的技術發電，豈不是就可以把發電裝置做得很小？
氫彈也要發揮點餘熱，挺困難
由於核聚變反應所產生的能量極大，在氫彈理論和氫彈研製成功之後，科學界就開始核聚變利用的問題，就像原子彈爆炸之後，利用裂變理論衍生出來了核電站，但在核聚變應用上遇到了極大的技術難題。
首先，核聚變過程產生的能量密度非常大。我們知道太陽發光發熱的源頭，就是太陽的內核在不斷進行的核聚變反應。
這種能量蘊藏在原子核的內部，它的能量密度是遠遠超過目前像是石油煤炭這樣的化學能源，以及水能風能這樣的可再生能源的。
然而，想要實現核聚變，需要原子具備巨大的動能進行相互碰撞，科學家們算下來，發現為了啟動並且維持核聚變反應，需要反應爐內部能夠長時間維持在大約2億攝氏度的高溫。
這是一個高到離譜的溫度。我們知道太陽的核心溫度也才1500萬攝氏度至2000萬攝氏度，而這一溫度已經超過了太陽核心溫度的5到6倍。
其實不要說2億攝氏度了，哪怕在5000℃的溫度下，地球上也沒有任何一種材料能夠不被融化。
對此，中核集團核工業西南物理研究院特聘研究員鍾武律說到，“地球上，目前沒有任何材料可以把1億攝氏度的高溫等離子體給直接包裹起來”。那怎麼辦呢？
辦法總比困難多
有一個方案，就是由前蘇聯科學家提出來的一種核聚變爐的技術模型“託卡馬克設備”（環形真空磁線圈）。
它的基本原理其實很容易理解。在高中物理中我們就知道，帶電粒子在垂直磁場方向運動的時候會呈現出圓周運動的狀態，也就是說會原地打轉。
基於這個原理，如果我們把處於高溫狀態下，正在進行核反應的帶電粒子，放到足夠強大的磁場之中，就可以讓核燃料一邊進行核聚變反應，一邊在一個環形的空間內原地打轉。
相當於用磁場構建出了一個肉眼不可見，但是非常堅固的能夠耐受2億攝氏度高溫的反應爐，這就避免了聚變反應的高溫融化反應容器的問題。
但是託卡馬克裝置的原理理解起來雖然很容易，但是真要把它製造出來卻是非常困難的。
比如，為了讓裝置內部達到2億攝氏度的高溫，就需要使用大概上千萬瓦的微波設備對圓環的中心進行加熱。為了產生足夠強的磁場約束高溫帶電粒子，就需要由超導體構成的線圈提供強電流。
再比如，託卡馬克裝置的內部，會不斷受到高溫帶電粒子的衝擊，需要一系列複雜的材料和內部結構，來維持整個裝置的穩定運行等等。
由於無數類似上面這些技術上的難題，雖然託卡馬克裝置的模型已經被提出差不多70年了，但是世界上還沒有任何一個組織成功製造出了能夠用來進行商業化發電的託卡馬克裝置。
利益是最好的動力
沒人能造出來，不代表“不想造出來”。這玩意太誘惑人了：
首先，一克氫元素聚變所產生的能量，相當於8噸汽油燃燒所產生的熱量。如果將來人類能用核聚變過程產生的能量發電，幾乎可以說是掌握了我們在宇宙中已知的最強大的能量來源。
其次，是核聚變燃料的儲量巨大。在地球上建設可控核聚變發電站，可以使用海水中氫的同位素氘和氚來作為聚變燃料。而一升海水中大概可以提煉出33毫克氫的同位素，這個含量看起來可能不大。
然而地球上有大約1400萬億噸的水。這其中所蘊含的核聚變原料比現在核裂變發電站中使用的鈾元素儲量也要高得多，甚至遠遠大於今天地球上的石油以及煤炭儲量。
按照今天人類能量的使用速度，海水中的聚變燃料估計可以使用上百億年，也就是可以使用到整個太陽系壽終正寢。
最後，是核聚變發電的過程非常清潔。核聚變發電不論是聚變燃料還是發電之後的核廢料，放射性都很弱。即便發生核洩漏，也不會出現像福島核事故這樣嚴重的核汙染事件。
而且，核聚變的過程並不是化學反應，所以不會像燃燒石油煤炭一樣釋放二氧化碳這種溫室氣體，對緩解全球變暖還有非常巨大的好處。
出於這三個重要的優點，如果哪一天核聚變能夠正式投入發電，幾乎可以理解為一種取之不盡用之不竭的清潔能源。
到時候，我們不僅很可能可以永久性地免費用電，而且像是芯片、手機、汽車甚至是水果蔬菜等等所有在生產中需要使用能量的消費品，它們的價格很有可能都會大幅下降。
說到這裡，就要提到中國這一次成功放電的環流器二號M裝置了。這是我國目前規模最大、參數最高的託卡馬克裝置。
這一次環流器二號M裝置的成功放電，並不意味著我們國家的核聚變反應爐可以用來發電了，但是它為今後真正具有實用意義的託卡馬克裝置打下了基礎。
值得一提的是，中國環流器二號M裝置按照目前的規劃，我們人類大約會在2030年左右，將建成具有發電演示功能的核聚變工程反應堆，而在2050年前後有望建成核聚變發電站的原型。
“無限能源”？可能沒戲
不知道你注意沒有，可控核聚變這個新聞經常和“登月”放在一起說。可不是最近就這兩個科技大事，因為它們其實是一回事。
咱們登月不僅僅是“彰顯實力”那麼簡單。從目前人類物理技術來看，可控核聚變最好的材料是氦3，它是氦氣的同位素，它沒有放射性使用上要比氚安全。
遺憾的是地球上氦3的儲量極少，月球上反而多得很，根據測算有120萬噸之巨。更為誘人的是我國這樣的世界第一工業國如果電力絕大部分都來自於可控核聚變，一年只需8噸的氦3就足夠用了，全世界為100噸，月球的儲量可以用一萬年。
按照理論，可以一勞永逸的解決地球能源需求量的問題！而且將來應用的結果就是工農業生產“零電價”，有了可控核聚變能量儲存器的交通工具理論上來說在太陽系內想去哪就去哪。
然後人類所有關於“能源”的問題就一勞永逸的解決了？
說到這，筆者個人突然想到一個理論，是計算機領域的“安迪-比爾定率”。
都知道計算機界有一個“摩爾定律”，就是芯片上可容納的晶體管數目，每18個月便會增加一倍，計算機的性能也將提升一倍。那這麼不斷地翻倍，電腦速度會不會快得飛起來呢，然後就不用在發展了？
不可能，為啥？
因為軟件越來越大，越來越複雜，軟件的複雜性把硬件速度提高的那部分給吃掉了。所以，IT界就半開玩笑地總結出這麼一個“安迪-比爾定律”。
安迪是誰啊？安迪是原英特爾公司CEO安迪·格魯夫。比爾是誰啊？比爾就是微軟的創始人比爾·蓋茨。安迪–比爾定律的意思是，英特爾公司的安迪·格魯夫給我們創造的增量，被微軟公司的比爾·蓋茨拿走了，硬件給我們的，軟件要把它拿走。
△安迪·格魯夫和比爾·蓋茨
如果把這個“安迪-比爾定律”放在可控核聚變技術上，很可能並不會出現“一勞永逸解決能源問題”這件事。人類一定會繼續“作”，不斷髮明出更多的，更高耗能的設備來“吃掉”核聚變的能源。
這只是一個推測。你想啊，當年人類都燒木頭，那麼亞馬遜雨林被發現之後，對當時來講一勞永逸的解決了能源問題了？那就沒有煤炭什麼事了。
正因為木柴太多多了，就不用省著用了，“更狠”的蒸汽機被髮明出來了，木材不夠用了。
同樣的道理，煤炭、石油、頁巖氣、可燃冰、核電站，到現在的可控核聚變。哪一個新的能源技術在發明之初都是“科幻級黑科技”。
之所以我猜即使可控核聚變+氦3也不會滿足人類對於能源的要求，主要是因為要給“可控黑洞、曲率引擎”這些科幻玩意留出空間不是。
你說是吧。
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