很多大國都在尋找化石燃料的可替代清潔能源，期望著既可以告別對石油的依賴，也能告別某些地區(qū)對能源的價格壟斷，減少溫室氣體的排放的同時加快速度進入凈零時代。因此一種新型清潔能源應(yīng)運而生，可控核聚變的潛力備受矚目。
克服庫侖力的核聚變
可控核聚變并不是某種類似石油、天然氣的能源，而是一個將輕元素核融合為更重元素并釋放巨大能量的過程。在這個過程中，聚變反應(yīng)會在高溫和高壓環(huán)境下進行，以克服原子核之間的強大電荷排斥力，并使核間距足夠接近以克服庫侖力，使得核反應(yīng)發(fā)生。
所謂的庫侖力是物理學(xué)中的一個基本概念，它主要描述了電荷之間相互作用的力量。簡單來說，庫侖力的本質(zhì)就是靜電，也就是電荷之間的相互吸引或排斥而產(chǎn)生的力。根據(jù)庫侖定律，具有相同符號的電荷之間的庫侖力是排斥力，而具有相反符號的電荷之間的庫侖力是吸引力。
而在核聚變中，庫侖力起著關(guān)鍵作用，是克服核間斥力的主要力量。原子核之間的庫侖排斥力能夠有效克服它們的靜電斥力，使得核與核之間克服核力的作用，它們靠得足夠近從而發(fā)生聚變反應(yīng)。
最常見的可控核聚變方法是使用類似于太陽中的氫同位素，即氘和氚進行聚變，因為在高溫環(huán)境下的等離子體中，氘和氚的核可以融合成氦，并釋放出巨大的能量。太陽就在持續(xù)發(fā)生這一過程，因此才產(chǎn)生了巨大的能量和光。
可控核聚變與其他能源
包括美國在內(nèi)的很多國家都在研究可控核聚變，并且一直致力于在這一領(lǐng)域取得突破。在美國，有多個可控核聚變項目在進行，其中最著名的是國際熱核聚變實驗堆，這是一個由多個國家共同參與的大型合作項目，旨在建造一個能夠?qū)崿F(xiàn)長時間、高溫、高能量輸出的聚變實驗堆。
這些努力的目標(biāo)是實現(xiàn)可持續(xù)、清潔、高效的能源供應(yīng)，以滿足未來能源需求，并為解決氣候變化等問題作出貢獻(xiàn)。在能源領(lǐng)域，可控核聚變確實有很多突出的優(yōu)勢，首先，它是一種幾乎無限 的能源來源，依靠合并輕元素來釋放能量，而輕元素在地球上非常豐富。
相比之下，傳統(tǒng)能源如石油、煤炭和天然氣是有限資源，隨著時間的推移逐漸枯竭。其次，核聚變是一種極清潔的能源形式。與化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳和其他有害氣體相比，核聚變幾乎不會產(chǎn)生溫室氣體排放，它在整個過程中只釋放出水蒸氣。
最后，核聚變還具有高效能的特點。它的能量密度遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)能源，只需少量燃料就能釋放大量能量。這使得核聚變成為一種非常強大的能源選擇，可以滿足大規(guī)模能源需求，例如為城市、工業(yè)和交通提供可靠的電力。
可控核聚變?nèi)允羌埳险劚?/strong>
就像地球上其他的能源，尤其是大多數(shù)新興能源一樣，可控核聚變也面臨著很多技術(shù)難關(guān)，與其突出優(yōu)勢相對的是那些不容忽略的劣勢。正是這些技術(shù)難關(guān)讓它只能小規(guī)模實驗和使用，很難真正投入到真實世界之中。
可控核聚變作為一種理論上非常有潛力的能源技術(shù)，首先面臨著產(chǎn)生環(huán)境的限制。高溫和高密度條件是可控核聚變過程中必不可少的，實現(xiàn)這樣的條件需要超過數(shù)百萬度的高溫，并在等離子體中維持足夠高的密度和持續(xù)時間。
與此同時，等離子體的穩(wěn)定性也是一個問題，等離子體是可控核聚變的關(guān)鍵組成部分，但等離子體很容易受到不穩(wěn)定性的影響，例如熱不穩(wěn)定性、磁流體不穩(wěn)定性和粒子輸運等，這些不穩(wěn)定性會導(dǎo)致能量損失和聚變反應(yīng)中斷。
其次，可控核聚變中使用的材料需要能夠承受高溫、高輻射和高粒子流等極端環(huán)境。這些條件其實不僅對材料的耐受性提出了極高的要求，也對相關(guān)工作人員的防護設(shè)備提出了極高的要求，畢竟高輻射對人體的傷害也不容小覷。
最后，可控核聚變技術(shù)還沒有達(dá)到實用化階段的一個很大原因是其能量輸入與輸出之間的比例仍然不夠理想。大量能量用于維持等離子體和磁場，而實際的能量產(chǎn)出相對較低。這就涉及到了成本問題，實現(xiàn)可控核聚變的經(jīng)濟可行性面臨著很大挑戰(zhàn)。
就拿國際熱核聚變實驗堆舉例來說，作為最大的可控核聚變實驗項目，它在為核聚變未來商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。然而根據(jù)2020年的數(shù)據(jù)，該項目的總成本約為2000億歐元，這包括建設(shè)、設(shè)備、運營和維護費用。
