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不爱尖叫的鸡|详解“人造太阳”重大突破，MIT一次刊发7篇论文

9月29日 ， 《等离子体物理学杂志》（JournalofPlasmaPhysics）专刊一举刊登7篇研究论文 ， 全面报道了美国麻省理工学院（MIT）与初创公司CommonwealthFusionSystems关于新型可控核聚变反应堆研究工作的重大突破 。
在一系列论文中 ， 研究职员具体阐述了其关于小型化可控核聚变反应堆的理论研究进展 。 他们宣称 ， 在使用了新型高温超导材料之后 ， 其设计的SPARC反应堆将能达到与国际热核聚变实验堆（ITER）同等级别的性能指标 ， 而体积却只有后者的2% 。
假如项目能够如期在2025年完成 ， 这将成为世界上首个输出能量大于输入能量的可控核聚变反应堆 ， 将人类关于可控核聚变反应的研究进展大幅提前至少十年；更为未来小型化、低建造难度的商用可控核聚变反应堆指出一条全新的发展路径 。
不爱尖叫的鸡|详解“人造太阳”重大突破，MIT一次刊发7篇论文
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图|SPARC反应堆（来源：T.Henderson/CFS/MIT-PSFC）
中国目前也在开展多项核聚变研究 ， 其中 ， 中国聚变工程实验堆（CFETR）最具雄心 ， 是中国自主设计和研制 ， 并联合国际合作的重大科学工程 ， 将于2021年开始立项建设 。 DeepTech联系了介入其中的多位专家 ， 来评价SPARC项目的最新进展 ， 得到的答复多为：“对此项目不了解 ， 无法评价 。 ”也有专家对此进展表示鼓励 ， “听说过MIT的一些关于此紧凑型装置的设计 ， 但没有当真调研 。 多途径探索是技术发展的有效方法 ， 钦佩MIT职员的努力和勇气 。 ”
一位在中国科学院核聚变大科学工程中负责超导材料研究的研究员告诉DeepTech ， 聚变功率与磁场的四次方成正比 ， 这也是SPARC项目追求强磁场的原因 ， 但“追求高磁场 ， 本钱比较难降！”
尽管在业内专家眼中 ， SPARC项目还存在诸多挑战 ， 但依然算核聚变领域期待已久的重大突破 ， 尤其是在国际热核聚变实验堆又一次公布推迟之后 。
梦想中的人类最终能源——可控核聚变
可控核聚变可谓人类能源题目的最终解决方案 。
我们现有的绝大多数利用能源的方式 ， 归根到底都来源于太阳在过去和现在辐射到地球的能量 。 而太阳以及其它宇宙中恒星的能量来源 ， 却是核聚变 。
当两个质量较轻的原子核融合时 ， 其质量将有一部分转化为能量 。 例如 ， 一个氘原子核（2H或D）和一个氚原子核（3H或T）融合时 ， 总质量会减小 ， 亏损的质量变成一股巨大的能量释放出来 ， 其大小即是这部分质量乘以光速的平方 。
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图|氘-氚（D-T）的核聚变反应产生氦（He）与中子（n）并开释核能 。 （来源：wikicommons）
这意味着 ， 核能有着比化学能、机械能比拟大得多的能量密度：在人类已知的反应中 ， 核聚变反应所能释放出来的能量仅次于正反物质湮灭 。
以上述氘-氚（D-T）核聚变反应为例 ， 作为难度最低、开释能量最小的核聚变反应 ， 平等质量的氘-氚核聚变所能释放出来的能量大约是汽油的2500万倍 。 与之比拟 ， 我们熟知的核电站利用的则是核裂变 ， 也就是铀235原子分裂时产生的能量 ， 其能量密度仅仅是氘-氚核聚变的百分之一 。
核裂变发电本来是很好的零碳能源形式 。 然而福岛核事故之后 ， 因人们对核裂变过程中在核辐射、核废料处理、反应过程控制、防止核泄漏等方面存在诸多疑虑 ， 不少国家放慢、甚至取消了发展裂变核电的计划 。 而比核裂变强盛得多的核聚变则没有这些题目：氘-氚燃料来源广泛 ， 核反应过程中几乎没有核辐射 ， 废物也几乎没有放射性 ， 反应还好控制——只要断电就可以终止 ， 无需担心泛起恐怖的核事故 。
因此 ， 可控核聚变简直就是人类梦想中的能源形式 ， 一旦实现 ， 人类文明都有可能因此再上一个台阶 。


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