中國(guó)最近的突破

了解了以上基礎(chǔ)知識(shí)，我們就能理解中國(guó)最近的突破有什么意義。

第一個(gè)，EAST成為世界首個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到分鐘量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。EAST大科學(xué)工程管理委員會(huì)副主任羅廣南教授說(shuō)，先前的一些聚變實(shí)驗(yàn)持續(xù)了100多秒，但它們就像“騎一匹烈馬”，難以控制不穩(wěn)定的等離子體。8月在EAST上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)更像是一次盛裝舞步表演，處在被極強(qiáng)電磁場(chǎng)屏蔽的一個(gè)環(huán)形室中的等離子體被控制在一種高效穩(wěn)定態(tài)H-mode（高約束模式）。物理學(xué)家認(rèn)為高約束模式是未來(lái)核聚變電站的最佳工作狀態(tài)?？偠灾?，更加“可控”了。

第二個(gè)，由我國(guó)研制的熱核聚變堆核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)認(rèn)證。這種核心部件是盛放超過(guò)1億度的聚變?nèi)剂系娜萜?。按照ITER的設(shè)計(jì)方案要求，這種材料需要承受每平米4.7兆瓦的熱量，這足以在瞬間熔化一公斤的鋼鐵。中國(guó)的科研人員用三種材料組成的三明治結(jié)構(gòu)，并在和多個(gè)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)中率先摸索出讓三種材料緊密結(jié)合的創(chuàng)新工藝。在權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行的試驗(yàn)中，該材料經(jīng)受住了比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還高20%的極端高溫環(huán)境考驗(yàn)?？偠灾?，更加“耐熱”了。這就有可能克服慣性約束與磁約束之間的矛盾，在不燒穿爐子的情況下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。

對(duì)EAST的高約束模式運(yùn)行，科學(xué)家說(shuō)，這項(xiàng)突破顯示中國(guó)聚變研究的發(fā)展速度把其他國(guó)家遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面。這話同樣適用于第二項(xiàng)突破。引領(lǐng)人類的聚變歷程，中國(guó)義不容辭！

核聚變答客問(wèn)

下面以問(wèn)答的形式，解釋一些常見(jiàn)的問(wèn)題。

問(wèn)：核聚變?yōu)槭裁春茈y發(fā)生？

答：質(zhì)能關(guān)系只能告訴你核反應(yīng)發(fā)生前后的能量變化，但不會(huì)告訴你反應(yīng)的過(guò)程。核聚變要發(fā)生，必須首先讓兩個(gè)原子核靠得非常近。非常近是多近？在10^-15米的量級(jí)。要知道，一個(gè)原子中原子核跟電子的距離都有10^-10米的量級(jí)，也就是說(shuō)，兩個(gè)原子核要靠近到原子尺度的10萬(wàn)分之一才能聚變！在這樣一個(gè)小得不可思議的距離下，核子之間具有很強(qiáng)的吸引力（核力）。然而核力隨著距離的增加下降得非?？?，稍微遠(yuǎn)一點(diǎn)就幾乎為零了。打個(gè)比方，核子就像一對(duì)近視度數(shù)很深的戀人，離得很近時(shí)會(huì)拉住手，但離得稍遠(yuǎn)時(shí)就看不見(jiàn)了，形同路人。

這就帶來(lái)一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。核子包括質(zhì)子和中子，中子沒(méi)有電荷，但質(zhì)子有正電荷，所以質(zhì)子和質(zhì)子之間具有靜電排斥力，根據(jù)庫(kù)侖定律這個(gè)力反比于距離的平方。當(dāng)距離小到10^-15米的量級(jí)時(shí)，核力的吸引超過(guò)靜電力的排斥，兩個(gè)原子核會(huì)聚合到一起，放出大量的能量。但它們很難從正常的距離（比如說(shuō)10^-9米）開(kāi)始達(dá)到這么近，因?yàn)樵谶@種距離下核力小于靜電力，凈作用是排斥的。好比戀人們都穿著紅色衣服，而紅色跟紅色之間互斥，離得很遠(yuǎn)時(shí)就會(huì)互相推開(kāi)，那么他們還有多少機(jī)會(huì)接近到足以拉上手？

當(dāng)然，不是完全不可能。如果兩個(gè)原子核一開(kāi)始的運(yùn)動(dòng)方向就是相向而行，而且初速度很高，那么它們會(huì)一邊靠近一邊減速，有可能在相對(duì)速度減到零之前達(dá)到10^-15米的距離。這就是發(fā)生核聚變的希望。

問(wèn)：為什么核聚變需要高溫高壓？

答：溫度正比于原子核的動(dòng)能，相當(dāng)于原子核運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。壓強(qiáng)是原子核對(duì)容器產(chǎn)生的撞擊作用，相當(dāng)于原子核運(yùn)動(dòng)的受限程度。在越小的空間里運(yùn)動(dòng)得越劇烈，兩個(gè)原子核克服靜電排斥達(dá)到聚變距離的可能性就越大。好比原子核是一群宅男宅女，宅在家里是沒(méi)有前途的，要找到對(duì)象就必須出去跟人接觸，相親的誠(chéng)意越高、次數(shù)越多，才越有機(jī)會(huì)脫單。

高溫和高壓的效果在一定程度上可以互換。在太陽(yáng)中心，由于壓強(qiáng)高達(dá)2000億個(gè)大氣壓，所以“只需要”1500萬(wàn)度的“低溫”就可以把氫聚合成氦。但在地球上，由于壓強(qiáng)達(dá)不到那么高，所以得把溫度提高到上億度才行。

太陽(yáng)

問(wèn)：核裂變?yōu)槭裁床恍枰邷馗邏海?/strong>