将引发第四次工业革命的可控核聚变技术，两大方向中国都领先世界

核能分为核裂变能与核聚变能，前者已经被人类加以利用用来发电，而裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射，伤害人体，放射性核废料的处理也一直是让人头疼的难题。

而石油、可燃冰等能源总有穷尽的一天，所以科学家就在思考，有什么方式可以实现无穷无尽的能源。最后，科学家们将目光聚焦在了可控核聚变上。

核聚变是指由质量小的原子,在一定条件下（如超高温和高压）,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放，每千克核燃料完全裂变可以放出93.6万亿焦的热量，相当于3200吨标准煤燃烧放出的热量。

而每千克热核聚变燃料聚变放出的热量是核裂变所释放能量的4倍。可见核聚变能是一种崭新的能源。

自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年，核聚变反应燃料可以从从海水中提炼的氢的同位素氘。每1升海水中所蕴含的氘如果提取出来，发生完全的聚变反应，能释放相当于300升汽油燃烧时释放的能量。以此推算，根据目前世界能源消耗水平和海水存量，核聚变能可供人类使用数亿年，甚至数十亿年。

最重要的是，核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，当然也不产生温室气体，基本不污染环境，当然，如果核聚变无法控制那就成了氢弹，所以科学家们希望发明一种装置，可以有效控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出，这就是可控核聚变。

核聚变一直被认为是第四次工业革命的重要突破口，因为第一次工业革命是蒸汽机的发明，而第二次工业革命则是内燃机的发明，都是能源革命。

1991年11月9日，欧洲的科学家在英国首次成功地进行了实验室里的受控热核聚变反应试验，从而揭开了核聚变能利用的序幕。后来“人造太阳”计划也应运而生，除了中国，还包括欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、和、美国一同参与了这项“人造太阳”计划。可以说“人造太阳”计划包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家，覆盖的人口接近全球一半。

中国目前在可控核聚变的研究上可以说领先世界，中国核工业集团宣布，新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”，预计于2020年投入运行。中核集团核工业西南物理研究院院长段旭如表示，该实验装置的建成将为人类真正掌握可控核聚变提供重要技术支撑。我们距离“人造太阳”的梦想，又近了一步。

关于核聚变的研究，我国开展的非常早，早在50年代，我国著名科学家王承书就研究清楚了热核聚变的理论基础和方法。并参与建设了我国最初的三个等离子体实验装置。成为中国热核领域的权威专家，并且培养了一大批的热核领域人才。

而两弹元勋王淦昌先生留下的这份遗产，则为我们的可控核聚变研究奠定了夯实的基础。王淦昌早在上个世纪60年代就提出了提出了利用激光打在聚变燃料靶上来实现受控热核反应的构想,由此开辟了实现受控热核聚变反应的新途径——激光惯性约束聚变。（前苏联科学家巴索夫教授也提出过相似理论）

目前，实现可控核聚变的方式就两种，一种是王淦昌先生的激光惯性约束核聚变理论，另外一种是磁约束聚变。磁约束聚变是指用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量 。这是由苏联科学家塔姆和萨哈罗夫率先提出的。而我国也早在1962年东北技术物理研究所成立后，建成了一台Z箍缩装置、一台角向箍缩装置和一台离子源，并开展了稳态磁镜的设计。

磁约束聚变理论的装置叫全超导托克马克装置，利用强磁场可以约束带电粒子的特性，让它们碰不到容器，这样就不会破坏仪器。电子脱离后，带正电原子核群以及电子群就整体变成了中性，也就是等离子体。原子核在等离子体内部猛烈运动，互相的碰撞而产生的核聚变就像太阳里发生的聚变一样，这种装置也称作全超导托卡马克核聚变实验装置。

而惯性约束核聚变的具体方式是用激光或离子束作驱动源，脉冲式地提供高强度能量，均匀地作用于装填氖氖(DT)燃料的微型球状靶丸外壳表面，形成高温高压等离子体，利用反冲压力，使靶的外壳极快地向心运动，压缩氖氖主燃料层到每立方厘米的几百克质量的极高密度，并使局部氖氖区域形成高温高密度热斑，达到点火条件，驱动脉冲宽度为纳秒级，在高温高密度热核燃料来不及飞散之前，进行充分热核燃烧，放出大量聚变能，从而实现可控核聚变。

其典型的整个反应过程主要分四个阶段：

　　(1)靶丸表面吸收激光束能量,在靶丸表面形成等离子烧蚀蚀层;
　　(2)靶丸表面物质向外喷射,同时产生反作用力,使燃料向心压缩;
　　(3)通过向心聚爆过程,燃料达到高温高密度状态;
　　(4)燃料发生聚变反应，最终向外释放出巨大能量。

因为靶丸一般都很小，和黄豆大小相等，而大功率多束激光装置则是十足的巨无霸，简直就是一大群高射炮打蚊子，因此，激光核聚变过程的关键就是，如何巧妙设计和布置激光束瞬间照射在靶丸上。目前在激光惯性约束聚变理论下，点火方式又分为直接驱动和间接驱动两种。

自1964年我国科学家王淦昌先生在国际上独立提出惯性约束理论之后，美、日、法、英、俄等国开始进行激光驱动ICF的研究，1980年，王淦昌就提出建造脉冲功率为1012瓦固体激光装置的建议，称为激光12号实验装置。

1985年7月，激光12号装置按时建成并投入试运行。试运行中成功地进行了三轮激光打靶试验，取得了很有价值的结果，达到了预期目标。该装置是中国规模最大的高功率钕玻璃激光装置，在国际上也为数不多。它由激光器系统、靶场系统、测量诊断系统和实验环境工程系统组成。1986年，激光12号装置正式命名为神光I。

2001年8月，神光Ⅱ装置建成，总输出能量达到6千焦耳/纳秒，或8太瓦/100皮秒，而目前中国神光-Ⅲ正在建设当中，我国成为继美国国家点火装置后，第二个开展多束组激光惯性约束聚变实验研究的国家。可以说和美国并驾齐驱，处于第一梯队之中。

这是运用中国科学家自己提出的理论建设自己的高新技术装置的又一伟大成果。

当然，在磁约束聚变上中国也是第一梯队，2018年11月12日，合肥制造“人造太阳”装置的EAST更是首次完成等离子中心的一亿度运行，持续时间超过100秒。这也是截至2016年2月国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。

还有上文提到的新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”，预计于2020年投入运行。

中国之所以能够在可控核聚变上领先世界，就是靠的先辈们的不懈努力与开拓。如果没有王淦昌这些元勋们的高瞻远瞩，中国就只能跟在其他人后面亦步亦趋，我们应该向这些英雄科学家们致敬。