人工核聚变达5000万度，远超太阳，仍难以商用，其实另有原因

前苏联的天文学家尼古拉.卡尔达肖夫，把文明能够利用的能量划分成三个等级，对应于三种不同类型的文明，用来衡量文明的先进程度：1级文明使用行星所有可用的能量，2级文明可以使用恒星全部的能量，3级文明可以使用整个星系的能量。

就地球目前的状态来说，属于0.7级文明。人类已经可以利用煤炭和石油中蕴藏的化学能，并且也可以利用放射性物质的裂变能。

但是剩下的能量比以上三种能量多万倍以上，人类却无法利用，这就是氢和氢同位素的聚变能。

人类面临着气候变化、人口膨胀粮食短缺以及太空中的小行星威胁。文明不能翻越一级文明的门槛，就有可能在1万年以内逐渐灭绝。

只有跨过一级文明，才能够向二级文明进发。

》一级文明门槛的标志性科技成果，就是商业化的人造核聚变装置。

人造的核聚变装置和太阳核心进行的核聚变反应原理是完全一致的。

人造的核聚变装置在全世界有很多个。我们国家的核聚变装置EAST，2017年就已经达到5000万度的高温，但只能维持100秒时间。

实际上，太阳内部核心的反应温度只需要1500万度，已经维持了超过50亿年。

这中间的差别，其实是反应时间和反应效率。

太阳核聚变的最终产物是氦，这需要4个氢原子作为反应的材料。

但是4个氢原子是不可能同时撞在一起形成一个氦原子的。这整个过程会分成三步：

第1步：两个氢原子，先合成一个氢的同位素氘，同时释放出一个正电子和一个电子中微子。

第2步：氘和一个质子合成一个氦3。

第3步：氦3最后合成氦4。

我们知道，原子的绝大部分质量集中在原子核上，但是原子核的体积却只占整个原子体积的1/10亿。

》如果把氢原子的直径放大到一米，那么氢原子核的直径只有一毫米。

原子核随机碰撞只有很小的概率。而且由于原子核带有正电，彼此接近的时候，会产生强烈的库伦斥力。所以还需要在隧道效应的帮助下，才能够完成一次融合。

正是因为如此，太阳中心核聚变的速度非常、非常、非常慢。慢到什么程度？

4个氢原子合成一个氦原子，需要900万年时间。

正是因为如此，太阳才不会把所有的核材料在短时间内烧光。目前太阳已经燃烧了50亿年，它还可以再燃烧50亿年，即便太阳燃尽之时，也只用了50%的燃料。

》人造核聚变不能100%照搬太阳燃烧的过程。

因为太阳核心的反应功率，每一立方米只有几个瓦特，连一个蜡烛的光亮都不到。

所以，人造核聚变要直接使用氢的同位素（最好是直接用氦3，但是地球上太少），并且把温度提高到至少1亿度以上。

太阳核聚变是在重力约束下自稳定的，其内部核心的压力高达3000亿个大气压。

在地球上，人类没办法实现如此高的压力，只能采取磁约束来囚禁高温等离子体。

》目前主流的人造核聚变装置被称为“托卡马克”装置。

这是一种被超导线圈包裹着的环形真空腔，核聚变反应就是在真空腔中完成的。

核聚变启动，以及维持反应都需要额外的能量。

所以要达到商业应用的目的，至少要符合几个条件。

第1个就是核聚变产生的能量必须大于维持它运行的能量。目前我们国家的托卡马克核聚变装置已经在逼近这个水平。

除此以外，核聚变装置必须有足够的剩余功率，才能烧蒸汽发电。

按照目前普遍的观点，核聚变装置必须产生超过1亿度的高温，才能勉强达到商业应用的水平。

所以要使用核聚变能源发出来的电，还要等一段时间。