可控核聚变若实现，会把地球上的氚用光吗？本就只有几公斤

信息技术的出现改变了人类的生活方式，这种改变可以说是极具变革性的。大家想象一下，如果“一朝回到解放前”，过着没有电视、电脑、手机的日子，人生该会有多么的无聊。所以，我们这代人无疑是幸运的，毕竟我们都享受到了技术大爆炸带来的福利。

但是，世界似乎很久没有出现像信息互联网一样的“变革性的技术”了，因此，可控核聚变一经出现就引起了无数人的关注。要知道，科幻小说和电影中都有这项技术的出现，如果可控核聚变一旦实现，那么我们的生活将再度迎来翻天覆地的变化。

可控核聚变就这样成为了时代当中的一个热点，可不得不说，它还有很长的路要走。不管是制备工艺还是原材料，都存在着许多待克服的困难。

可控核聚变是什么？

提到“核”这个字，许多人率先想到的都是原子弹或者是核辐射，总之似乎都是一些不好的影响，颇有一种“闻核色变”的意味。可是实际上，核能是未来一种非常重要的能源，它不仅比传统的化石能源释放出来的能量更多，其污染性也极低，当然这里指的是经过可控核聚变制备出来的能源。传统的核裂变，其核废料还是具有很高的放射性的。

核电站

核聚变也可以叫热核反应，其原理是把质量比较小的原子，比如说氦原子，放入极高的压力和温度之下，使其结合或者碰撞，让更重的核心产生，随之还有质量的损失。简单来说，就是让两个比较轻的原子核聚合成为一个较重的原子核的过程，这个过程当中会释放出能量。

由于要求原子的质量一定要比较轻，所以对于用来进行核聚变反应的原材料要求还是很高的。科学家们发现，自然界当中就存在着能够很容易就实现聚变反应的元素，这二者都是氢的同位素，分别是氘和氚，氘也叫重氢，而氚叫做超重氢。

值得一提的是，太阳的内部也一直在进行着核聚变反应，这使它可以释放出巨大的能量，氘和氚的聚变就已经在太阳身上持续了很多年。根据这一发现，人们就给可控核聚变起了一个很有意思的别称，叫做“人造太阳”，当然许多人也戏称这就是在“烧开水”。不管是哪一个，都体现出对其原料和制备条件要求都非常的高。

可以看出，如果人类想将两个原子核进行聚合，就需要一个能够产生“高温高压”的设备，不然就会陷入即使拥有原材料，也无法完成核聚变的情况。而托卡马克装置就能够帮助我们实现这件事情，至于大家听说的中国EAST，其实是属于超托卡马克反应体的一部分。

托卡马克装置

反观原材料，氘和氚，它们俩在自然界当中的含量和性质差别还是蛮大的。大家可能都听说过“核聚变能源用之不竭”这种说法，这里面用之不竭的元素正是氘，在常温条件下，它是一种无色无味的可燃性气体。重要的是，氘广泛地存在于海水当中，估计多达40万亿吨，大约每升海水当中就有0.03克的氘，这个量看起来就让人“安心”。

可是另一种氢的同位素氚就没有这么多了，它在自然界当中的存量微乎其微，大部分主要是通过核反应人为制备出的。但从上述所说的反应方式来看，它又是不可或缺的。那么，可控核聚变一旦实现，会把地球上的氚给用光吗？毕竟，大自然中本来就只有几公斤。

超重氢：氚

首先，我们先来了解一下这个看起来十分稀缺的元素到底是什么。氚和上文中所说的氘一样都是氢的同位素之一，氢的同位素家族当中还有一位成员是氕，氕是氢的主要成分，约占普通氢的99.98％。可见剩下的0.02％就是氘和氚了，准确来说只有氘。因为在天然氢当中，氚的含量是1×10^-15％。

氢的同位素

氚由一个质子和两个中子组成，与氘的无色无味无害不同，它是具有放射性的。此外，氚还有一个重要的性质，这也是它为什么会如此稀有的一个原因，就是它会发生β衰变，其半衰期大约为12.43年左右。换言之，就算自然界当中曾经出现过氚，它也只能保存12年左右，这种半衰期使得它无法长期留存下来。

所以，氚一般都是由核反应的方式制得的，使用中子去轰击锂即可以得到氚。具体来说，就是将碳酸锂或者氟化锂合金作为靶材，轰击再从中获取氚，其反应式为Li+n→4He+3H。这之后还未结束，要再使用热扩散法，将产出的氚富集到99％才可以。

知道了氚的性质以及它的主要来源，那么前文当中提到的问题就很容易解答了。即使可控核聚变真的实现了，也不用担心地球上的这几公斤氚被用光就面临原料枯竭了。

毕竟这几公斤氚都是我们通过人工才制备得出的，本就不是在自然界当中天然存在的，如果真的能够在未来实现“可控核聚变”，科学家一定会确保氚是够用的，绝对不会因为氚不够用是该技术陷入“巧妇难为无米之炊”的两难境地。

而且氘氚聚变实际上算是第一代聚变，第二代核聚变反应当中就是用氘和氦3来进行反应了，第三代融合则是让氨3和氦3进行聚变反应。

但不论怎么说，这些反应都面临着一定的困难，有的是对于温度要求很高，有的是在地球上没有存量，比如说氦3，不过氦3在月球上倒是很多，这大概就是人类急于建立月球基地前去挖矿的主要原因吧！

氚可以制备，但非常昂贵

如果说可控核聚变技术是当今全世界国家都热衷于研究的领域的话，那么其原料氚的制备工艺，也是人们所关注的。因此聚变氚工艺从很早就被人们开始研究，经过长时间的努力还是取得了一定的成果。

像起步较早的美国，研究氚工艺的实验室就有好几个，最具代表性的应该是洛斯阿拉莫斯科学实验室，美国能源部在1977年时就在该地建造了一个模拟聚变堆氚工艺的氚系统实验装置，用于研究如何有效地制备氚。

日本的该工作主要在日本原子能研究所和东京大学当中进行，并且日本政府也投资建设了氚处理实验室，不过该系统相比美国的来说还是比较小的。

前文当中提到了我国的EAST位于合肥，并且在2021年的12月30日时，已经实现了高温等离子体运行1056秒的新纪录，可以看出我国对于可控核聚变领域的关注度还是很高的。因此，如何有效地制备出氚，当然也在我们的规划和考虑范围当中。

中国工程物理研究院的研究人员就曾专门发表过相关的论文，阐述了含氚重水当中提氚工艺的技术精湛。比如说特种电解技术、气液催化交换技术、氢氧复合技术等等。

在CANDU类型动力堆或以重水作反射层的实验研究堆中，中子与重水中氘（D）作用，产生副产物氚，随着堆运行时间增长，重水中将积聚一定量氚。

总之，目前人类已经掌握了制备氚的相关方法。但是想要大批量生产还是比较困难的，且耗资巨大。不过，随着科技的进步与发展，相信科学家们在未来都可以将这些难题克服，届时人类一定会迎来一个全新的时代。

氚的污染性

前文当中为大家介绍氚的基本性质时我们提到它有两个特性，其一是12年的半衰期使得它在自然界当中很难留存下来，因此含量很少。其二就是具有放射性，对于人体而言是有害的。氚目前主要是以以下这三种化学形态存在的，分别是氚气、氚水和氚化甲烷。

不过，与我们熟知的那些高危放射性元素相比，氚的毒性还是比较低的。但是假如量过多的话，还是可能会对人体造成伤害，其进入人体之后会产生生物学效应，具体的损害程度要从摄入量、途径等多方面考量。

为此科学家们专门进行了多项实验研究，主要研究氚的致癌效应、致突变效应以及致畸效应。在致癌效应的实验研究当中发现，氚对于机体确实有一定致癌影响。致畸效应则要更加明显一些，比如说氚水照射会让实验鼠出现智力迟钝、条件反射达标率降低的情况。

高卫民等将不同浓度的氚水经过腹腔注射一次性注入妊娠13d的成年大鼠体内，各组仔鼠在出生后三天的氚累积吸收剂量分别为0.044、0.088、0.264Gy。实验结果证明，大鼠在妊娠时接受氚水的持续照射，其仔鼠会产生致畸。

可见，氚虽然毒性不大，但是如果长期被人接触，还是会对机体产生不好的影响的。所以我国核电厂在运行当中对于氚的排放一直非常的注意，会有效地管理和控制氚的数值，使其维持在国家标准限值之内。

可控核聚变实现对人类的意义

人类之所以对可控核聚变如此的关心，除了因为感受到技术以及长时间未曾发生变革发展以外，最重要的就是当下环境的紧迫以及人类对于未来目标的远大追求。因此，可控核聚变作为一种新能源，对于人类的意义是非凡的。

首先，它的能量很大并且非常的稳定。倘若可控核聚变可以实现，那么我们的宇宙征途将会更加一帆风顺，毕竟在放弃利用效率极低且重量很高的传统化石能源之后，人类的飞船将可以在有限的时间之内飞得更远。换言之，届时我们的“宇宙大航海时代”才算是真正地开启，现在不过是在家门口打转罢了。

其次，化石燃料的燃烧已经给地球的环境带来了极大的负担。但是，我们也不可能因此不使用能源，让人类科技陷入停滞的状态。那么，如何才能做到两全其美呢？可控核聚变就是一种两全其美的方法，毕竟它不仅存量非常的丰富，因为地球之上最不缺的就是海水。而且它还是无污染的，这样我们就能让它去替代那些高污染的传统能源，减缓环境污染的压力。

可见，可控核聚变一旦实现，我们的生活将为之改变。以前人们对于宇宙星辰大海旅途的规划都能由此实现，不仅如此，我们还能够身体力行地保护地球环境。有时候，发展并不意味着破坏，可控核聚变假如可以实现，那么地球的环境将重新恢复往日的勃勃生机。