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核聚变其实就是轻原子核砸到一块儿去,变成重一点的核,顺带喷出大把能量。像太阳里头天天这么干,氢原子核聚成氦,热量和光就源源不断。
地球上要搞可控的,得用氘和氚这种氢的同位素,海水里能提炼出来,资源多得用不完。聚变不像裂变,裂变是重核铀啥的分裂,容易出放射废料,聚变产物主要是氦,干净多了。
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实验室里,科学家用激光或者磁场把燃料挤压到上亿度高温,高密度状态下反应就启动了。
美国的国家点火装置走激光路子,瞬间压缩燃料球,中国EAST用磁约束,稳稳地把等离子体关住烧。原理上,聚变能量来自质量亏损,按E=mc²算,一丁点质量转成能量就够猛。
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聚变的关键在控制上。输入能量得比输出少,才能净赚。要是反应失控,像氢弹那样炸开花,就没用了。科学家们忙活几十年,就是为让它稳定运行,输出多于输入。
2022年美国那次突破,激光输入2兆焦耳,聚变吐出3兆焦耳,第一次正增益。聚变燃料效率高,100克氘氚混着用,全烧掉能放63万亿焦耳热。
中国研究也强调这点,EAST装置验证长脉冲运行,帮着积累数据。聚变不光发电,还能想用到车上,但得先把反应堆小型化。原理说白了,就是模仿太阳,但地上搞起来,技术门槛高着呢。
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100克核燃料效能,得从能量密度说起。氘氚聚变,每个反应丢掉0.7%质量,转成能量。算下来,100克燃料全反应,约63万亿焦耳热量。这数基于质能方程,反应数乘质量亏损得来。
普通轿车百公里8升油,一升油热值3.5千万焦耳,8升就2.8亿焦耳左右。总能量除以百公里耗能,得出2300万公里里程。
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地球赤道4万公里一圈,这能绕575圈。实际用车,得考虑发电效率,聚变热转电35%,输电损7%,电机92%,折损后还剩620万公里,绕155圈。燃料小得像鸡蛋,能量却顶180万升汽油,够几十辆油罐车。
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效能高,主要因为聚变密度碾压汽油。汽油1克烧完4.6万焦耳,铀裂变1克8.2亿焦耳,聚变1克氢元素8.9亿焦耳。100克氘氚混比,释放170亿焦耳,等效3700桶油,但重量百万分之一。车上用,得转成电驱动电机。
百公里15度电算,100克燃料够跑4460万公里。实际链条损耗大,发电到轮子效率低,但潜力在那。聚变燃料从海水提,成本低,每克氘13美元。
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比油省事,不排放尾气。算里程时,得假定理想反应率,引擎转换损失别忽略。总之,这效能让传统燃料绝望,车跑起来不用愁续航。
估算里程,还得看车类型。家用燃油车8升百公里,电动车12.5千瓦时百公里,聚变供能后,电动版跑700万公里。月球38万公里单程,来回16趟绰绰有余。燃料混合1:1比例,优化截面。
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聚变比裂变安全,无临界风险。计算根基物理定律,质量亏损0.0189原子单位,转17.6兆电子伏。100克原子数巨大,能量惊人。绕地球圈数,覆盖全球公路网。燃料可持续,海水储备千年。聚变潜力不止车,还电网。但核心数字可靠,激发研究加速。
聚变的进展,得从美国2022年突破说。劳伦斯利弗莫尔实验室国家点火装置,12月5日实验,激光2.05兆焦耳输入,聚变3.15兆焦耳输出,增益1.54。
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第一次实验室净赚能量。之后2023年7月输出3.88兆焦耳,10月2.4兆焦耳,激光升2.2兆焦耳输出3.4兆焦耳。2024年2月5.2兆焦耳。
2025年4月输出8.6兆焦耳,增益4.13。6月洛斯阿拉莫斯合作点火。到年底,重复八到十次,稳定爬坡。升级激光到2.6兆焦耳,单次瞄准30兆焦耳。数据帮优化胶囊和脉冲。
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中国进展亮眼。EAST装置2006年运行,21轮实验,15万次等离子体运行。2025年1月20日,亿度高约束模1066秒稳态运行,新世界纪录。推进聚变发电。环流三号2025年3月1.6亿度运行。
BEST紧凑型装置2025年5月1日启动总装,从基础到工程验证。夸父工程CRAFT 2025年建成,帮CFEDR提供部件。CFETR更名CFEDR,衔接ITER到商业堆。计划2035年建成,聚变增益超10,功率1吉瓦。
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聚变从能不能成,转到怎么快点成。美国继续实验,私企建示范。中国、英国、德国、日本布局。效率低是争议,激光转1%,整体亏。但重复实验证明路线可靠。聚变能源缓解压力,各国合力推商业化。
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