中国人造太阳电流突破2。5兆安，距离终极能源还有多远？

　　从几千年前钻木取火，到几百年前煤炭石油，再到如今的热核反应，人类使用能源的方式不断变化，那么有没有一种能源像太阳一样不断的释放光和热？
　　答案是有，那就是核聚变，也称人造太阳。
　　10月19日，我国新一代人造太阳中国环流器二号M装置（HL2M）等离子体电流突破2。5兆安，再创历史记录，同时迈出了核聚变点火的重要一步。
　　如果核聚变技术成功突破，那么人类将不再为能源发愁，也不会为了能源发动战争。
　　那么核聚变技术究竟有多难？它又能带来什么？核聚变
　　核聚变最早于1932年由澳洲科学家马克欧力峰发现，他发现两个较轻的原子核（氘、氚）可以结合为一个重原子核（氦），同时释放大量的能量。
　　核聚变是一个物理反应，因为它并没有产生新的事物，氕、氘、氚都是氢的同素异形体，它们的反应是发生在原子核层面上。而化学是在分子、原子层次上研究的物质。
　　自然界中最典型的核聚变就是太阳。几十亿年来，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，无休止地向外辐射着能量。
　　太阳的内部最充斥着质量很小的氢原子（主要是氘），在超高温（1500万）、超高压（3000亿个标准大气压）的环境中，核外电子挣脱原子核的束缚，使两个原子核相互吸引并碰撞在一起，发生聚合反应。
　　这种聚合反应产生大量的能量，并且形成新的元素氦，新形成的氦元素也可以作为原料重新参与到聚合反应中。
　　根据爱因斯坦质能方程Emc2，原子核发生聚变时，有一部分质量转化为能量释放出来，只要微量的质量就可以转化成很大的能量。
　　这些能量究竟有多大呢？
　　太阳不断地释放能量，向四周辐射，达到地球的能量仅有22亿分之一，却创造了四季、孕育了万物、延续了生命。
　　按照估计，太阳一秒钟就差不多有6亿吨的氢燃烧成大约5。96亿吨的氦，产生的能量相当于数万亿颗原子弹。
　　因此可以得出：
　　1公斤的氢聚变6。3x1014焦耳能量，约等于150573。6吨TNT当量
　　1公斤氘氚聚变3。37x1014焦耳，约等于80544。9吨TNT当量。
　　2021年全世界范围内用电量达到28。466万亿度。
　　1度电360万焦耳
　　计算可得：全世界一年的所有耗电量，差不多需要不到4吨的核聚变燃料！
　　地球上含有核聚变原料最多的地方就是大海，一升海水中大约含有30毫克氘，这些氘发生核聚变相当于340升汽油燃烧的能量。
　　如果把海水中的氘全部提炼出来，大约有40万亿吨，其释放出来的能量足够人类使用100亿年。
　　因此，核聚变也被称为终极能源，多个国家都在研发这项技术。世界各国可控核聚变技术如何？
　　世界各国为了彻底解决能源问题，纷纷投入巨资展开研发。
　　据了解，可控核聚变的实现方式主要有两种：
　　第一种、惯性约束核聚变。通过激光将环境温度提高，使核聚变原料变为离子态，之后在反冲作用力下极度压缩，发生核聚变，产生巨大能量。
　　第二种、磁约束核聚变。在密闭的空间内通过加热制造高温高压环境，然后施加一个特殊的磁场，使核聚变原料发生反应，最终形成核聚变，释放大量能量。
　　磁约束核聚变技术源自苏联，它需要一个巨大的能量，以产生一个可以约束核聚变的磁场。因为这个能量已经超越了核聚变本身的能量，因此被很多人认为不可能。
　　而惯性约束核聚变则不同，理论上投入0。25MJ能量，可以产生1。3MJ的能量。投入产出比高达1：5，绝对是不错的买卖。
　　磁约束核聚变在技术方面更加成熟，更容易实现，届时只要把投入产出比提高上来，就可以实现了。
　　而惯性约束在技术方面要求更高，目前连稳定反应也无法保障，距离落地应用还很远。
　　究竟哪种方向是正确的，大概只有研发成功后才能确定。各大国家为了确保方向正确，大都选择了两种方案同时进行。
　　磁约束核聚变：
　　上世纪50年代，苏联发明了托卡马克装置，磁约束核聚变研究便进入了高歌猛进的时代。
　　1996年，日本托克马克JT60装置实现了等效能量，即：输出能量产生能量，同时产生了4亿的中心离子温度。
　　1997年，欧洲核聚变装置JET，创造了21。7兆焦耳的能量输出记录。
　　2021年12月，JET再创新纪录，将氘和氚加热到了1。5亿摄氏度并稳定保持了5秒钟，同时核聚变反应发生，原子核融合在了一起，释放出59兆焦耳（MJ）的能量。
　　2022年10月19日，我国新一代人造太阳中国环流器二号M装置（HL2M）科学研究再获新进展，HL2M等离子体电流突破100万安培（1兆安），创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。
　　惯性约束核聚变：
　　2021年8月，美国的核聚变装置NIF在万分之一秒内产生了1。3兆焦耳的能量，不过仍小于启动核聚变过程所需的1。9兆焦耳。
　　NIF采用了惯性约束核聚变技术。它将192条激光束集中在一个花生米大小的、装有重氢燃料的目标上。
　　每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴含180万焦耳能量的脉冲紫外光，当这些脉冲撞击到目标反应室上，它们将产生X光。利用X光将把燃料加热到一亿度，并施加足够的压力使重氢核生聚变反应。
　　最大的核聚变项目当属国际热核聚变堆（ITER），该项目计划35年，其中建造阶段10年、运行和开发利用阶段20年、去活化阶段5年。是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划。
　　该计划成员国有美国、欧盟、俄罗斯、中国、印度、日本、韩国。
　　如果ITER计划实验成功，那么人类将大规模的使用核聚变能量，从根本上解决能源问题，整个人类进程或将实现飞跃。可控核聚变的难点在哪？
　　可控核聚变的难点主要有两个：1、如何长时间保持等离子状态2、用什么容器来装1亿的等离子。
　　什么容器能够承受1亿的高温呢？钢铁、金银等等均做不到，甚至自然界中根本找不到这种物质，但是苏联人却找到了方法。
　　当氢原子达到1亿以上时，会发生离子化，如果用一个超强的磁场控制住这种离子，让它处于悬浮状态，不和容器直接接触，这就是托卡马克装置。
　　那么强磁场就成为了可控核聚变商用的关键。
　　如何产生强磁场呢？实验发现，当强电流通过超导线圈时，可以产生20T以上的磁感应强度，足以制造一个强磁场。
　　于是，铜、铌三锡、铌钛等材料先后被拿来试验，结果都不太满意。要么无法承受过长的试验时间，要么需要极低的冷却温度。
　　2019年6月，《自然》杂志报道：美国强磁实验室使用YBCO和铜的混合材料，实现了45。5T的稳定强磁场。指明了高温超导材料的研发方向。
　　美、日、韩、德等企业先后研发出高温超导材料。国内上海超导和苏州新材料也研制成功了千米级高温超导带状导线REBCO。
　　目前高温超导材料因为造价、性能等多方面原因，使用场景主要在研发方面，未来随着技术更新、产业化加速，必将使用在商业场景上。
　　3000秒才具备商业价值
　　我们可以通过大电流、激光聚集等方式将氢原子加热至1亿，实现等离子体运行，但却无法保持这种状态。
　　世界上核聚变最长时间为1056秒，这项记录由中科院合肥物理研究所于2021年12月30日创造，打破了美国创造并保持的440秒世界纪录。
　　上亿，几百个大气压，这种苛刻的条件下能保持1000秒已经相当不易，但距离真正的商用还有一段时间。
　　根据多项数据论证，核聚变需要维持3000秒左右，才能实现商用。
　　因此，如何长时间保持等离子状态，用什么容器来装1亿的等离子，成为遏制核聚变进一步发展的难题。
　　要想解决这些难题，需要时间和技术。写到最后
　　我国环流器二号M装置（HL2M）等离子体电流突破2。5兆安，再创历史新纪录，标志着我国在核聚变领域进入世界前沿。
　　这为我国深度参与国际热核聚变堆（ITER）试验及自主设计运行聚变堆具有重要意义。
　　相信随着技术不断地进步，未来某一天核聚变将成功商用，成为真正的终极能源，人类将不再为能源发愁。
　　我是科技铭程，欢迎共同讨论！