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The author:(作者)delvpublished in(发表于) 2018/11/15 9:15:27 一亿度的“人造太阳”，开启一个真正属于中国的时代
核聚变的原理源自爱因斯坦的相对论，质量也可以转化为能量。我们知道在化学变化中，有个质量守恒定律，指的是在化学变化中，反应物的总质量等于生成物的总质量。
但是在核反应中，却有质量亏损的现象，包括重核裂变、轻核聚变，以及正物质和反物质的湮灭抵消。
反物质最理想，效率最高，但是自然界缺乏反物质矿，因此也是幻想。人类目前在实验室里造出来的反物质粒子都是论个的，1995年欧洲核子研究组织历史性地造出来九个反氢原子。
再说重核裂变，比如造原子弹的铀235，铀235的原子核受到外界一个中子冲击后，分裂为两个原子核和2~4个中子。
在这个过程中，裂变后的总质量比裂变前小了一丁点儿（万分之几），但是这小小的万分之几，却转化成了惊人的能量，因为质能方程中有个光速的平方太吓人了。
如下图，一个原子核裂变出三个中子，三个中子又去轰击其他原子核，只要都弹不虚发，相当于又引起了三个裂变，释放出九个中子。
也就是如果说释放出的中子都不走空，那么这个反应将会如同谣言扩散一样，一传三，三传九，九传二十七，二十七传八十一，然后规模急剧扩大，一发不可收拾，这就是链式反应。
一旦发生不可逆的链式反应，短时间内能量急剧释放，这就是原子弹爆炸。所以造原子弹的关键在于不能掉链子，也就是不能让中子走空。
也就是说上一个原子核裂变出来三个中子，至少保证要有一个以上的中子击中新的原子核，才能让链式反应持续下去。
如何才能让他们不走空，关键在于材料的浓度和体积，所以我们经常可以听到伊核问题、朝核问题的离心机，离心机就是提纯铀235浓度的。
有了高浓缩铀235，并且达到一定体积，才会引发不可逆的急剧的核裂变，这个最小的体积叫做临界体积。
也就是把几块小于临界体积的铀块，迅速拼在一起，超过了临界体积，然后就引起了原子弹爆炸，这就是核弹头的原理之一（附原子弹DIY指南）。
当然为了提高爆炸效率，后来加入了中子源的设计。
但是核爆炸一点儿都不好玩，第一是杀伤力太大，第二是爆炸后会造成大面积的辐射污染，但是核反应释放出这么多热量，不烧热水太可惜了。
于是科学家们继续想办法，让链式反应可控，第一种思路是降低密度，出来的中子就像在人烟稀少的荒漠开车，开再快也不大可能撞到人，第二是设置灵活的路障，必要的时候拦一下。
比如常见的压水堆燃料棒，裂变材料铀235的浓度仅仅为3%（准确的叫法叫富集度），这些裂变燃料被加工成直径1厘米、高1厘米的芯块。
几百个芯块叠在一起，装入内径1厘米、长度约4米、厚一毫米的细长锆合金材料套管内，因为核裂变反应就像是在燃烧原子，因此称为燃料棒。
刚才说了，为了能够控制中子的数量，还需要一些路障，这些路障就是控制棒，说白了这些控制棒就是出来挡枪的，防止燃料棒之间的中子互射。
拔出来一些，反应就剧烈一些。插深一些，反应速率就会降低。插到底，反应堆就熄火了（停堆）。
但是一旦发生核裂变反应，大量的能量以热量的形式被释放出来，为了防止堆芯融化，因此堆芯被泡在冷却剂（一般是水）中。整个堆芯就像一个大型热得快（90后未必见过）。
烧出来的高温蒸汽可以推动汽轮机旋转，就像风吹风车一样。“风车”带动同轴的发电机，发电机将动能源源不断地转化为电能，然后我们就可以坐在家里用电水壶烧水了。
然而新的问题又来了。
第一，核电站也需要定期更换燃料棒，也会产生放射性核废料，处理必须慎之又慎。
第二，核电站建设成本高，我们向英国出口一座核电站，相当于一次性出口200架大飞机（带有一点嘚瑟的自豪脸）。
第三，虽然现在的核电技术已经做得非常安全，但是切尔诺贝利和福岛核泄漏的阴影，依然挥之不去，极端情况下也不能说没有风险，一旦出事会对生态和民众造成伤害。
第四，裂变核能并非取之不尽用之不竭，铀矿资源也是有限的，困扰整个人类的能源问题并没有得到妥善解决。
最后说轻核聚变，我们先从太阳开始。我们从小都知道，太阳是个大火球，但直到19世纪末，科学家们还没弄明白他烧的是什么，但可以确定的是，太阳不是烧煤的。
因为假如太阳是个大煤球，那么只够烧3000多年，而且如果是煤球，只会越少越小。但是人类有文字记载的历史已经超过5000年了。
最后还是爱因斯坦揭开了谜底，那就是轻核聚变。只要有一点点质量转化为能量，其数值就十分巨大。例如1克质量亏损产生的能量，相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。
什么是轻核聚变呢？指的是质量小的原子核，比如氢的同位素氘和氚原子核，在极高温和极高压的情况下，聚合形成一个新的氦原子核，并释放出一个中子。
在这个过程中，由于发生了千分之几的质量亏损，这些亏损的质量全部转化成惊人的能量，而且没有污染物产生。
经测算，1升海水中的氘（dao）发生聚变产生的能量，相当于300升汽油。而海水中的氘储量，足够人类使用几十亿年。说实话共产主义最终能不能实现就靠它了。
但我们都知道，原子核都带正电，把两个相互排斥的原子核强行弄到一起，不是那么一件容易的事，必须要高温高压，少说也得几千万度，甚至上亿度。
太阳本身质量很大，是地球的33倍，所以靠着万有引力把这些核聚变材料吸引在了一起，所以中心温度几千万度就能发生核聚变反应了。
但地球上就很难，怎样获得几千万度的高温和巨大的压力呢？科学家想到一个办法，那就是原子弹爆炸的一瞬间，可以达到这个条件。
也就是说氢弹需要一颗原子弹来引爆，原子弹只是作为氢弹的引信，由此可以想象氢弹的威力。
当年苏联的沙皇氢弹——大伊万，设计当量一亿吨，后来发现全世界根本找不到一个合适的试验场（没处扔），扔到那儿都会炸到人，于是就当量减半，扔到了新地岛。
就这这枚氢弹释放出来的能量，比整个二战使用的全部武器能量之和还要强十倍以上，感应器记录显示，炸弹形成的冲击波环绕地球不只是一圈，也不是二圈，而是三圈。
所以，核聚变让人又爱又恨。和平利用可以让人类进入共产主义；用于战争，可以让人类回到石器时代，甚至让地球回到恐龙时代。
想想看，还是共产主义划算，所以人类开始追逐如何和平利用核聚变，也就是受控核聚变技术，或者可控核聚变技术。
然而由于核聚变需要上亿度的高温，温度越高，粒子的热运动越激烈，一个个都跟打了鸡血一样。
在这种状态下，物质已经不是传统的固态、气态、液态了，连原子核也无法靠自身魅力吸引住异性电子，大家都早已经进入了单身状态（等离子态）。
这时想把这些聚变材料拢在一起并达到一定密度，创造条件让原子核克服同性排斥的阻力发生聚变反应，是极其困难的一件事情。另外，这么高的温度和压强下，也不好找反应容器。
后来科学家找到了几条思路，最典型的就是用强磁场把这些带电粒子给束缚住，让他们只能乖乖的沿着磁力线运动，这样就实现了反应物跟容器壁的分离，这个装置叫做托卡马克装置。
在这方面，苏联走在了前列，1968年公布了这样一个磁约束的核聚变装置，内部温度达到了惊人的800万度，轰动了全世界。
一旦核聚变被苏联率先攻克，那么苏联就掌握了人类通往未来的钥匙，所以之前迟疑不决的西方国家以及日本，也一哄而上，纷纷开始建造自己的托卡马克装置。
所以，冷战也有好处，由于竞争的存在，大家有时候在尖端技术上不计成本的投入，加快了科技进步。
结果后来科学家们发现，这个东西实在太烧钱了，而且要集中人类最顶尖的技术，如果各自为战，很多类似的工作都得重复来一遍，其实相当于很多钱被重复烧掉了。
比如要想管住这些打了鸡血的上亿度的等离子体，必须依靠超强的磁场，这个磁场如何获得呢？必须要用能通过超大电流的线圈。
但是电流要想超大，电阻必须超级小，除了超导没有别的办法。但是要获得超导性能，必须还得有超低温系统，所以托卡马克装置简直就是用超低温来产生超高温的系统。
2006年，中国的人造太阳EAST小试牛刀，在调试期间每天的电费就高达5万，每天的综合费用高达10万。
上世纪80年代中期，美苏关系缓和，美、苏、欧、日一商量，开始联合探索，这就是ITER计划（国际热核聚变实验堆）。
我们国内有战略眼光的科学家当然也不甘心我们国家被国际社会抛弃，一方面列入863计划自己搞，一方面申请加入ITER，结果屡次遭拒。
心疼内个时候的中国，像个没人搭理的灰姑娘，要钱没钱，要技术没技术，要人才没人才，而且还是社会主义意识形态。
ITER的实施方案1996年出炉，需要投入上百亿美元。作为最有钱的老大，美国一听原来要掏这么多钱，国会这一关很难过，索性于1998年宣布退出（几年后又返回）。
而俄罗斯不光经济濒临崩溃，更重要的是他本身是个石油输出大国，对这件事也不是太上心，掺和进来只是跟踪世界科技前沿。
并且这时候日本进入失去的十年，经济进入滞涨阶段，所以这下欧盟难办了。与此形成鲜明对比的是，中国经济飞速发展，因此欧盟开始注意到东方这个新兴土豪。
中国的思路是一边申请加入ITER，一边摸着欧盟过河，自己紧锣密鼓地按照ITER的思路搞自己的托卡马克装置，其中最著名的就是EAST（东方超环）。
EAST是目前为止唯一能给ITER提供实验数据的装置，他的结构和应用的技术与规划中的ITER完全一样，没有的仅仅是换能部分。
EAST还是世界上第一个具有主动冷却结构的托卡马克，它的第一壁是主动冷却的，目前连接的是一个大型冷却塔，它的冷却水可以保证在长时间运行后将反应产生的热量带走，维持系统的温度平衡。
暴露了EAST是兔子家新型烧开水装置的本质。一方面是为真正实现稳定的受控聚变迈出的重要一步，另一方面也是工程化的重要标志——冷却塔换成汽轮机是可以发电的。
后来，经过几年的艰苦谈判，中国最终在2007年加入了ITER计划，中国承担9%的项目经费，约合100亿人民币，2008年， ITER计划进入正式实施阶段。
ITER计划大体分三个阶段进行：第一阶段从2007年起至2016年为建设阶段，再用20年进行操作试验；最后再用5年进行拆卸，累积投入105亿欧元。
然而事情却没有想象的那么顺利，也许是资本主义的落后性，也许是这七个国家本身就是一群各自心怀鬼胎的乌合之众，工期一拖再拖，预算一涨再涨，目前推迟到了2025年。
（此处为段子，没有考证，仅供参考）据说ITER原定的竣工日期将至，国内boss去视察ITER的工期进度，却发现这帮欧洲佬连房子都还没盖好，更别提什么实验装置了。
Boss受不了这种拖延症，大怒：“我大天朝建个三峡也就12年，你这帮白皮佬搞了二十年连个茅房都盖不起来，留你们何用！”遂筹建CFETR，打算甩开这帮猪一样的队友单干。
可以确定的是，2017年中国开始撇开ITER，另起炉灶，独立自主搞中国核聚变工程实验堆CFETR，而且这个CFETR有着一步一步坚实的计划，又是极具中国特色的三步走战略。
第一阶段，到2021年（第一个百年目标），CFETR开始立项建设。2017年的12月5日已经在合肥启动工程设计，2018年1月3日发改委宣布研究设施开始在集中建设。
而最近中国的“人造太阳 ”东方超环（EAST）实现一亿度的超高温运行，让中国向着受控核聚变工程化的方向迈出了坚实的一步，也为CFETR提供了宝贵的实验基础。
第二阶段：到2035年，计划建成聚变工程实验堆，开始大规模科学实验。注意，这个实验平台是面向全世界的，将会吸引全世界的聚变人才汇集到中国来。
而这个2035年，恰好是我们19大确立的初步实现现代化的关键年份，也是2025计划中的关键年份，中国制造业整体跻身世界制造强国中等水平。
第三阶段：到2050年，聚变工程实验堆实验成功，建设聚变商业示范堆，完成人类终极能源。而这个2050年，是建国100周年的第二年，也是大三步实现后的第一年。
因此可以反映出实现可控核聚变，体现了大国的意志。以前我对核聚变没有信心，也没觉得中国有多厉害。但是经过欧日美同行的衬托，让我重拾对核聚变的信心。
同时我发现了兔子的有一大特点，那就是有一种时代紧迫感和使命感，最怕的不是花钱，而是怕猪队友扯皮而错失机遇期，一旦发现队友是猪队友，立马另起炉灶甩开膀子单干。
兔子的这种特点，用太祖的一句话形容那就是：一万年太久，只争朝夕。
在这种精神感召下，高温超导、量子信息、人工智能、受控核聚变必将会被中国人攻克，一个真正属于中国的时代即将到来。
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