我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
太陽利用這種能量的唯一原因是利用光壓來抵消將所有物質向內擠壓的重力。光子慢慢穿過太陽釋放到太空中，太浪費了。
我們怎麼在地球上覆制這個過程？
收集太陽在地球上的氫質量是一種選擇，但這有些不切實際。我們把它放在哪裡呢？更好的方案是利用我們的技術來模擬太陽核心的條件。
如果我們能製造一個溫度和壓力足以讓氫原子融合成氦原子的聚變反應堆，我們就可以利用這些伽馬輻射形式的光子了。
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
太陽利用這種能量的唯一原因是利用光壓來抵消將所有物質向內擠壓的重力。光子慢慢穿過太陽釋放到太空中，太浪費了。
我們怎麼在地球上覆制這個過程？
收集太陽在地球上的氫質量是一種選擇，但這有些不切實際。我們把它放在哪裡呢？更好的方案是利用我們的技術來模擬太陽核心的條件。
如果我們能製造一個溫度和壓力足以讓氫原子融合成氦原子的聚變反應堆，我們就可以利用這些伽馬輻射形式的光子了。
圖解:託卡馬克的內部。攝製：普林斯頓大學等離子體物理實驗室
為此開發的主要技術稱為託卡馬克反應堆；這是一個基於俄羅斯的縮寫：“帶磁線圈的環形腔”，第一個原型是在20世紀60年代創建的。有許多不同的反應堆在開發中，但方法基本相同。
在真空室中充滿氫燃料，然後，大量的電通過燃燒室，把氫加熱成等離子體狀態。也可能使用激光和其他方法使等離子體溫度達到1.5到3億攝氏度（比太陽核心溫度高10到20倍）。
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
太陽利用這種能量的唯一原因是利用光壓來抵消將所有物質向內擠壓的重力。光子慢慢穿過太陽釋放到太空中，太浪費了。
我們怎麼在地球上覆制這個過程？
收集太陽在地球上的氫質量是一種選擇，但這有些不切實際。我們把它放在哪裡呢？更好的方案是利用我們的技術來模擬太陽核心的條件。
如果我們能製造一個溫度和壓力足以讓氫原子融合成氦原子的聚變反應堆，我們就可以利用這些伽馬輻射形式的光子了。
圖解:託卡馬克的內部。攝製：普林斯頓大學等離子體物理實驗室
為此開發的主要技術稱為託卡馬克反應堆；這是一個基於俄羅斯的縮寫：“帶磁線圈的環形腔”，第一個原型是在20世紀60年代創建的。有許多不同的反應堆在開發中，但方法基本相同。
在真空室中充滿氫燃料，然後，大量的電通過燃燒室，把氫加熱成等離子體狀態。也可能使用激光和其他方法使等離子體溫度達到1.5到3億攝氏度（比太陽核心溫度高10到20倍）。
超導磁體圍繞著聚變室，控制等離子體使其遠離室壁，否則會將其熔化。
一旦溫度和壓力足夠高，氫原子就會像在太陽中一樣被壓成氦。這會釋放光子來加熱等離子體，使得反應在沒有其他能量輸入的情況下得以維持。
多餘的熱量到達燃燒室壁，可以抽出來進行工作。
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
太陽利用這種能量的唯一原因是利用光壓來抵消將所有物質向內擠壓的重力。光子慢慢穿過太陽釋放到太空中，太浪費了。
我們怎麼在地球上覆制這個過程？
收集太陽在地球上的氫質量是一種選擇，但這有些不切實際。我們把它放在哪裡呢？更好的方案是利用我們的技術來模擬太陽核心的條件。
如果我們能製造一個溫度和壓力足以讓氫原子融合成氦原子的聚變反應堆，我們就可以利用這些伽馬輻射形式的光子了。
圖解:託卡馬克的內部。攝製：普林斯頓大學等離子體物理實驗室
為此開發的主要技術稱為託卡馬克反應堆；這是一個基於俄羅斯的縮寫：“帶磁線圈的環形腔”，第一個原型是在20世紀60年代創建的。有許多不同的反應堆在開發中，但方法基本相同。
在真空室中充滿氫燃料，然後，大量的電通過燃燒室，把氫加熱成等離子體狀態。也可能使用激光和其他方法使等離子體溫度達到1.5到3億攝氏度（比太陽核心溫度高10到20倍）。
超導磁體圍繞著聚變室，控制等離子體使其遠離室壁，否則會將其熔化。
一旦溫度和壓力足夠高，氫原子就會像在太陽中一樣被壓成氦。這會釋放光子來加熱等離子體，使得反應在沒有其他能量輸入的情況下得以維持。
多餘的熱量到達燃燒室壁，可以抽出來進行工作。
圖解:位於庫勒姆聚變能中心（英國）的球形託卡馬克。圖片：CCFE
一直以來我們面臨的挑戰是，加熱燃燒室和限制等離子體所消耗的能量比反應堆產生的能量還要多。我們可以使反應堆工作，但是還不能從中提取多餘的能量。
與其他形式的能源生產相比，聚變是清潔和安全的。燃料來源是水，副產品是氦氣（世界實際上已經開始快要耗盡了）。如果反應堆有問題，它會冷卻，聚變反應會停止。
然而，在聚變反應中釋放的高能光子將是一個棘手的問題。它們會流進周圍的聚變反應堆，使整個反應堆具有放射性。核聚變室的放射性在50年內將是致命的，但其快速的半衰期將使其在500年後具有和煤灰一樣的放射性。
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
太陽利用這種能量的唯一原因是利用光壓來抵消將所有物質向內擠壓的重力。光子慢慢穿過太陽釋放到太空中，太浪費了。
我們怎麼在地球上覆制這個過程？
收集太陽在地球上的氫質量是一種選擇，但這有些不切實際。我們把它放在哪裡呢？更好的方案是利用我們的技術來模擬太陽核心的條件。
如果我們能製造一個溫度和壓力足以讓氫原子融合成氦原子的聚變反應堆，我們就可以利用這些伽馬輻射形式的光子了。
圖解:託卡馬克的內部。攝製：普林斯頓大學等離子體物理實驗室
為此開發的主要技術稱為託卡馬克反應堆；這是一個基於俄羅斯的縮寫：“帶磁線圈的環形腔”，第一個原型是在20世紀60年代創建的。有許多不同的反應堆在開發中，但方法基本相同。
在真空室中充滿氫燃料，然後，大量的電通過燃燒室，把氫加熱成等離子體狀態。也可能使用激光和其他方法使等離子體溫度達到1.5到3億攝氏度（比太陽核心溫度高10到20倍）。
超導磁體圍繞著聚變室，控制等離子體使其遠離室壁，否則會將其熔化。
一旦溫度和壓力足夠高，氫原子就會像在太陽中一樣被壓成氦。這會釋放光子來加熱等離子體，使得反應在沒有其他能量輸入的情況下得以維持。
多餘的熱量到達燃燒室壁，可以抽出來進行工作。
圖解:位於庫勒姆聚變能中心（英國）的球形託卡馬克。圖片：CCFE
一直以來我們面臨的挑戰是，加熱燃燒室和限制等離子體所消耗的能量比反應堆產生的能量還要多。我們可以使反應堆工作，但是還不能從中提取多餘的能量。
與其他形式的能源生產相比，聚變是清潔和安全的。燃料來源是水，副產品是氦氣（世界實際上已經開始快要耗盡了）。如果反應堆有問題，它會冷卻，聚變反應會停止。
然而，在聚變反應中釋放的高能光子將是一個棘手的問題。它們會流進周圍的聚變反應堆，使整個反應堆具有放射性。核聚變室的放射性在50年內將是致命的，但其快速的半衰期將使其在500年後具有和煤灰一樣的放射性。
圖解:普林斯頓託卡馬克核聚變試驗堆（1982年至1997年運行）的外部視圖。攝製：普林斯頓等離子體物理實驗室（CC by 3.0）
現在你知道什麼是核聚變能，它是如何工作的，當前的狀態是什麼，還有核聚變電站給我們無限的廉價安全能源還要多久，如果有的話？
聚變實驗是通過它們產生的能量與你輸入它們的能量之比來測量的。例如，如果一個核聚變電站需要100兆瓦的電能來產生10兆瓦的輸出，那麼它的能量比將為0.1。你至少想要1的比率。這意味著能量輸入等於能量輸出，到目前為止，還沒有實驗達到這個比例。但我們正在接近。
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
太陽利用這種能量的唯一原因是利用光壓來抵消將所有物質向內擠壓的重力。光子慢慢穿過太陽釋放到太空中，太浪費了。
我們怎麼在地球上覆制這個過程？
收集太陽在地球上的氫質量是一種選擇，但這有些不切實際。我們把它放在哪裡呢？更好的方案是利用我們的技術來模擬太陽核心的條件。
如果我們能製造一個溫度和壓力足以讓氫原子融合成氦原子的聚變反應堆，我們就可以利用這些伽馬輻射形式的光子了。
圖解:託卡馬克的內部。攝製：普林斯頓大學等離子體物理實驗室
為此開發的主要技術稱為託卡馬克反應堆；這是一個基於俄羅斯的縮寫：“帶磁線圈的環形腔”，第一個原型是在20世紀60年代創建的。有許多不同的反應堆在開發中，但方法基本相同。
在真空室中充滿氫燃料，然後，大量的電通過燃燒室，把氫加熱成等離子體狀態。也可能使用激光和其他方法使等離子體溫度達到1.5到3億攝氏度（比太陽核心溫度高10到20倍）。
超導磁體圍繞著聚變室，控制等離子體使其遠離室壁，否則會將其熔化。
一旦溫度和壓力足夠高，氫原子就會像在太陽中一樣被壓成氦。這會釋放光子來加熱等離子體，使得反應在沒有其他能量輸入的情況下得以維持。
多餘的熱量到達燃燒室壁，可以抽出來進行工作。
圖解:位於庫勒姆聚變能中心（英國）的球形託卡馬克。圖片：CCFE
一直以來我們面臨的挑戰是，加熱燃燒室和限制等離子體所消耗的能量比反應堆產生的能量還要多。我們可以使反應堆工作，但是還不能從中提取多餘的能量。
與其他形式的能源生產相比，聚變是清潔和安全的。燃料來源是水，副產品是氦氣（世界實際上已經開始快要耗盡了）。如果反應堆有問題，它會冷卻，聚變反應會停止。
然而，在聚變反應中釋放的高能光子將是一個棘手的問題。它們會流進周圍的聚變反應堆，使整個反應堆具有放射性。核聚變室的放射性在50年內將是致命的，但其快速的半衰期將使其在500年後具有和煤灰一樣的放射性。
圖解:普林斯頓託卡馬克核聚變試驗堆（1982年至1997年運行）的外部視圖。攝製：普林斯頓等離子體物理實驗室（CC by 3.0）
現在你知道什麼是核聚變能，它是如何工作的，當前的狀態是什麼，還有核聚變電站給我們無限的廉價安全能源還要多久，如果有的話？
聚變實驗是通過它們產生的能量與你輸入它們的能量之比來測量的。例如，如果一個核聚變電站需要100兆瓦的電能來產生10兆瓦的輸出，那麼它的能量比將為0.1。你至少想要1的比率。這意味著能量輸入等於能量輸出，到目前為止，還沒有實驗達到這個比例。但我們正在接近。
圖解:東方託卡馬克反應堆，是合肥物理科學研究所的一部分。攝製：ipp.cas
中國建造實驗性的先進超導託卡馬克，即東方。2016年，工程師們報告說，他們已經運行了102秒，溫度達到了5000萬攝氏度。如果真是這樣，這是一個巨大的進步，使中國在創造穩定核聚變的競賽中領先。儘管如此，這還沒有得到獨立的驗證，他們只發表了一篇關於里程碑的科學論文。
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
太陽利用這種能量的唯一原因是利用光壓來抵消將所有物質向內擠壓的重力。光子慢慢穿過太陽釋放到太空中，太浪費了。
我們怎麼在地球上覆制這個過程？
收集太陽在地球上的氫質量是一種選擇，但這有些不切實際。我們把它放在哪裡呢？更好的方案是利用我們的技術來模擬太陽核心的條件。
如果我們能製造一個溫度和壓力足以讓氫原子融合成氦原子的聚變反應堆，我們就可以利用這些伽馬輻射形式的光子了。
圖解:託卡馬克的內部。攝製：普林斯頓大學等離子體物理實驗室
為此開發的主要技術稱為託卡馬克反應堆；這是一個基於俄羅斯的縮寫：“帶磁線圈的環形腔”，第一個原型是在20世紀60年代創建的。有許多不同的反應堆在開發中，但方法基本相同。
在真空室中充滿氫燃料，然後，大量的電通過燃燒室，把氫加熱成等離子體狀態。也可能使用激光和其他方法使等離子體溫度達到1.5到3億攝氏度（比太陽核心溫度高10到20倍）。
超導磁體圍繞著聚變室，控制等離子體使其遠離室壁，否則會將其熔化。
一旦溫度和壓力足夠高，氫原子就會像在太陽中一樣被壓成氦。這會釋放光子來加熱等離子體，使得反應在沒有其他能量輸入的情況下得以維持。
多餘的熱量到達燃燒室壁，可以抽出來進行工作。
圖解:位於庫勒姆聚變能中心（英國）的球形託卡馬克。圖片：CCFE
一直以來我們面臨的挑戰是，加熱燃燒室和限制等離子體所消耗的能量比反應堆產生的能量還要多。我們可以使反應堆工作，但是還不能從中提取多餘的能量。
與其他形式的能源生產相比，聚變是清潔和安全的。燃料來源是水，副產品是氦氣（世界實際上已經開始快要耗盡了）。如果反應堆有問題，它會冷卻，聚變反應會停止。
然而，在聚變反應中釋放的高能光子將是一個棘手的問題。它們會流進周圍的聚變反應堆，使整個反應堆具有放射性。核聚變室的放射性在50年內將是致命的，但其快速的半衰期將使其在500年後具有和煤灰一樣的放射性。
圖解:普林斯頓託卡馬克核聚變試驗堆（1982年至1997年運行）的外部視圖。攝製：普林斯頓等離子體物理實驗室（CC by 3.0）
現在你知道什麼是核聚變能，它是如何工作的，當前的狀態是什麼，還有核聚變電站給我們無限的廉價安全能源還要多久，如果有的話？
聚變實驗是通過它們產生的能量與你輸入它們的能量之比來測量的。例如，如果一個核聚變電站需要100兆瓦的電能來產生10兆瓦的輸出，那麼它的能量比將為0.1。你至少想要1的比率。這意味著能量輸入等於能量輸出，到目前為止，還沒有實驗達到這個比例。但我們正在接近。
圖解:東方託卡馬克反應堆，是合肥物理科學研究所的一部分。攝製：ipp.cas
中國建造實驗性的先進超導託卡馬克，即東方。2016年，工程師們報告說，他們已經運行了102秒，溫度達到了5000萬攝氏度。如果真是這樣，這是一個巨大的進步，使中國在創造穩定核聚變的競賽中領先。儘管如此，這還沒有得到獨立的驗證，他們只發表了一篇關於里程碑的科學論文。
圖解:卡爾斯魯厄理工學院的溫德爾斯坦7-X（W7X）恆星儀。攝製：Max Planck Institut F_r Plasmaphysik，Tino Schulz（CC by-SA 3.0）
德國卡爾斯魯厄技術研究所（KIT）的研究人員宣佈，他們的Wendelstein 7-X（W7X）恆星發生器（我喜歡這個名字）將氫氣加熱到8000萬攝氏度，僅持續了四分之一秒。溫度很高但時間很短。恆星發生器的工作原理不同於託卡馬克。它使用扭曲的環和外部磁鐵來限制等離子體，知道我們有更多的選擇是一件好事
目前世界上最大、最精細的聚變實驗是在歐洲的法國卡達拉奇研究中心進行的。它被稱為ITER，即國際熱核實驗反應堆，它希望能超越這個神奇的比率。。
我覺得我們比太陽要聰明。
讓我們來比較一下。人類已經在科學技術、建造城市、汽車、計算機和電話方面取得了巨大的進步。並且我們已經為戰爭和能源做到了原子的裂變。
太陽做了什麼？它是一個巨大的等離子體球，主要由氫和氦組成。它時不時地把氫氣噴入一次日冕物質噴射中。然而，太陽已經掌握了一種我們還無法掌握的能量形式：聚變。看到太陽，坐在那裡，毫不費力地做著我們最優秀的頭腦苦苦掙扎了半個世紀的事情，真讓人惱火。
為什麼我們做不到核聚變？我們還有多久才能在技術上趕上那個電離氣體球？
圖解:充滿活力而燦爛的太陽。攝製：NASA/SDO.
太陽通過核聚變產生能量的訣竅來自於它巨大的質量。太陽含有1.989 x 10^30千克的氫和氦，它們向內擠壓，形成一個溫度達到1500萬攝氏度的核心，其密度是水的150倍。
太陽在這個核心中將氫原子融合成氦原子，這個聚變過程是個放熱反應，這意味著每形成新的氦原子，都會以伽馬輻射的形式釋放出光子。
太陽利用這種能量的唯一原因是利用光壓來抵消將所有物質向內擠壓的重力。光子慢慢穿過太陽釋放到太空中，太浪費了。
我們怎麼在地球上覆制這個過程？
收集太陽在地球上的氫質量是一種選擇，但這有些不切實際。我們把它放在哪裡呢？更好的方案是利用我們的技術來模擬太陽核心的條件。
如果我們能製造一個溫度和壓力足以讓氫原子融合成氦原子的聚變反應堆，我們就可以利用這些伽馬輻射形式的光子了。
圖解:託卡馬克的內部。攝製：普林斯頓大學等離子體物理實驗室
為此開發的主要技術稱為託卡馬克反應堆；這是一個基於俄羅斯的縮寫：“帶磁線圈的環形腔”，第一個原型是在20世紀60年代創建的。有許多不同的反應堆在開發中，但方法基本相同。
在真空室中充滿氫燃料，然後，大量的電通過燃燒室，把氫加熱成等離子體狀態。也可能使用激光和其他方法使等離子體溫度達到1.5到3億攝氏度（比太陽核心溫度高10到20倍）。
超導磁體圍繞著聚變室，控制等離子體使其遠離室壁，否則會將其熔化。
一旦溫度和壓力足夠高，氫原子就會像在太陽中一樣被壓成氦。這會釋放光子來加熱等離子體，使得反應在沒有其他能量輸入的情況下得以維持。
多餘的熱量到達燃燒室壁，可以抽出來進行工作。
圖解:位於庫勒姆聚變能中心（英國）的球形託卡馬克。圖片：CCFE
一直以來我們面臨的挑戰是，加熱燃燒室和限制等離子體所消耗的能量比反應堆產生的能量還要多。我們可以使反應堆工作，但是還不能從中提取多餘的能量。
與其他形式的能源生產相比，聚變是清潔和安全的。燃料來源是水，副產品是氦氣（世界實際上已經開始快要耗盡了）。如果反應堆有問題，它會冷卻，聚變反應會停止。
然而，在聚變反應中釋放的高能光子將是一個棘手的問題。它們會流進周圍的聚變反應堆，使整個反應堆具有放射性。核聚變室的放射性在50年內將是致命的，但其快速的半衰期將使其在500年後具有和煤灰一樣的放射性。
圖解:普林斯頓託卡馬克核聚變試驗堆（1982年至1997年運行）的外部視圖。攝製：普林斯頓等離子體物理實驗室（CC by 3.0）
現在你知道什麼是核聚變能，它是如何工作的，當前的狀態是什麼，還有核聚變電站給我們無限的廉價安全能源還要多久，如果有的話？
聚變實驗是通過它們產生的能量與你輸入它們的能量之比來測量的。例如，如果一個核聚變電站需要100兆瓦的電能來產生10兆瓦的輸出，那麼它的能量比將為0.1。你至少想要1的比率。這意味著能量輸入等於能量輸出，到目前為止，還沒有實驗達到這個比例。但我們正在接近。
圖解:東方託卡馬克反應堆，是合肥物理科學研究所的一部分。攝製：ipp.cas
中國建造實驗性的先進超導託卡馬克，即東方。2016年，工程師們報告說，他們已經運行了102秒，溫度達到了5000萬攝氏度。如果真是這樣，這是一個巨大的進步，使中國在創造穩定核聚變的競賽中領先。儘管如此，這還沒有得到獨立的驗證，他們只發表了一篇關於里程碑的科學論文。
圖解:卡爾斯魯厄理工學院的溫德爾斯坦7-X（W7X）恆星儀。攝製：Max Planck Institut F_r Plasmaphysik，Tino Schulz（CC by-SA 3.0）
德國卡爾斯魯厄技術研究所（KIT）的研究人員宣佈，他們的Wendelstein 7-X（W7X）恆星發生器（我喜歡這個名字）將氫氣加熱到8000萬攝氏度，僅持續了四分之一秒。溫度很高但時間很短。恆星發生器的工作原理不同於託卡馬克。它使用扭曲的環和外部磁鐵來限制等離子體，知道我們有更多的選擇是一件好事
目前世界上最大、最精細的聚變實驗是在歐洲的法國卡達拉奇研究中心進行的。它被稱為ITER，即國際熱核實驗反應堆，它希望能超越這個神奇的比率。。
圖解:ITER託卡馬克聚變反應堆。攝製：ITER，Illus。T.雷耶斯
ITER十分巨大，直徑30米，高度30米。巨大的聚變室使它能夠產生一個自我維持的聚變反應。熔化的氫釋放的能量使燃料保持足夠的高溫以維持反應。運行含有等離子體的電磁鐵仍然需要能量，但不能保持等離子體的高溫
如果一切順利，ITER的比率將為10。換句話說，每泵入10兆瓦的能量，它將產生100兆瓦的可用功率。
ITER仍在建設中，截至2015年6月，總建設成本已達140億美元。該設施預計將於2021年完工，第一次核聚變試驗將於2025年開始。
所以，如果ITER按計劃工作，我們現在離核聚變產生的正能量輸出還有8年。當然，ITER將只是一個實驗，而不是一個實際的動力裝置，所以如果它能工作，一個實際的基於聚變的能源網將是幾十年後投入使用。
在這一點上，我想說，我們離證明自我維持的聚變反應產生比消耗更多的能量是可行的還有大約十年。再過20年，他們就可以向電網供電了。到那時，我們的太陽需要找到一份新工作。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. 薛定諤的機器貓- universetoday
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