第100章 可控核聚变

果然叶院长把钟成又叫到了客厅，赵阿姨和叶文欣也陪在一旁。

叶院长说她们母女都是科技院里有一级权限的科研人员，他和钟成的谈话不用回避她们。

钟成很好奇赵阿姨是研究什么的。

叶文欣骄傲地介绍说她母亲是研究可控核聚变技术的，早就有院士头衔了，她父亲则是研究火箭发动机的，虽然是科技院的院长，但还在搞研究工作。

钟成肃然起敬，这都是国家的栋梁啊！

赵阿姨宠溺摸摸叶文欣的头，让她乖乖坐好，不要打扰他父亲和钟成的谈话。

叶文欣吐了一下舌头，靠在赵阿姨怀里不说话了。

钟成心想，原来叶文欣还有乖乖女的一面啊！

叶院长跟着就问起了钟成祝融电推的事情，原来他感兴趣的是离子发动机。

也难怪，本来离子发动机就更适合在太空中的飞行器使用，是比目前使用化学燃料的火箭发动机领先了一个时代的发动机。

钟成详细介绍了祝融电推的设计原理和性能，叶院长又问了一些技术细节。

最后，叶院长长叹，祝融电推若是应用到航天领域，必将使华夏的航天技术上升一个台阶。

但目前也只有应用在蓝星同步轨道上的卫星上，用于加速变轨调整姿态，甚至可以用于太阳系内的深空航行。

但要应用在运载火箭上还远远不够，把几十吨几百吨重的东西在近地空间内加速到第一宇宙速度（每秒79公里），祝融电推不只是推动力不够，电量也远远跟不上。

（PS：当航天器达到第一宇宙速度时，才能与地球的引力平衡，环绕地球运行而不会掉下来。）

钟成心中一动，看了赵阿姨一眼，说道：“除非用核聚变反应堆来提供电能。”

叶文欣白了钟成一眼，“如果能用核聚变反应堆发电了，就可以直接做成核聚变发动机，还有你的祝融电推什么事？”

“说得也是啊，核聚变反应本身就要产生大量的高温带电离子，直接喷射或加热介质后喷射介质都可以产生巨大的持续时间长的推动力。”

钟成不以为意，反而迅速思考了一下叶文欣的话。

“哈哈哈！”叶院长两口子都笑了起来。

钟成诧异地看了赵阿姨一眼，难道我说错了吗？

赵阿姨慢条斯理地说道：“你没说错，只不过目前可控核聚变还只是停留在试验室，离真正应用还有一段距离。”

“就是永远只有五十年吧！”叶文欣开了一个玩笑。

叶院长瞪了叶文欣一眼，说道：

“可控核聚变目前的难点形象一点比喻，就像是擦火柴一闪，能量就没有了，而煤球可以一直燃烧。我们要做的就是想办法把聚变的‘煤球’点燃，但把这么大容量的上亿摄氏度的东西维持住并不容易。”

赵阿姨笑着说：“目前我国的可控核聚变技术已经走在世界前列，我负责的超托卡马克装置已经实现可重复的12亿摄氏度80秒等离子体运行，只要达到1000秒左右就可以让反应物持续进行核聚变反应，这个‘煤球’才算是点燃了，核聚变反应堆才可能投入实际应用。”

“从80秒到1000秒，要多少年啊？”

叶文欣叹口气，她在为她母亲感慨，也许她母亲看不到那一天了。

“科学研究就是这样，是由一代人一代人的积累完成的，除非再出现几个天才！”

赵阿姨用饱含希望的眼神看了一眼叶文欣和钟成，在科学的前沿领域不是年龄越大经验越丰富就越有优势，往往更需要年轻人天马行空、不知天空地厚的想法。

钟成没有发表意见，在这种专业领域没有研究就最好不要乱说话。

他只有希望赵阿姨她们能够尽早成功，彻底解决华夏的能源问题，也可以说是人类的能源问题。

用做核聚变原料的氘在地球的海水中储量丰富，多达40万亿吨，如果全部用于聚变反应，释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且反应产物是无放射性污染的氦。

另外，由于核聚变需要极高温度，一旦某一环节出现问题，燃料温度下降，聚变反应就会自动中止。

也就是说，聚变堆是次临界堆，绝对不会发生类似切尔诺贝利核电站的事故，它是安全的。

因此，聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源，是目前人类最需要的能源提供方式。

接着，叶院长继续和钟成讨论了一下祝融电推的改进思路，叶院子认为重点还是要放在对钙插层石墨烯材料的改进上。

最好能够研发出纯粹的石墨烯超导材料，这样对祝融电推的功率转化会有大幅提升，也会降低对无人机机体内严苛的环境要求。

钟成非常认同，通过去年对夸父动力电池的大量试验，他已经对制作纯石墨烯材料有一定的思路了。

他把想法大致说了一遍，引起了叶家三人的极大兴趣，特别是叶文欣，她本身就有研究石墨烯材料的课题。

叶家三人对材料学都有极深的研究和极高的造诣，他们的意见给钟成带来一些全新的思路。

不虚此行啊！

这次在叶家的谈话一直到晚上春晚结束了，才被叶文欣打断，她让父母必须早点睡觉，说是她身负国家交与的监督父母坐息时间的重任。

叶院长告诉钟成，他们两口子明天还要去给科技院的同事拜年，就不能陪他了，让叶文欣陪他去京城好好逛逛。

第二天，大年初一。

钟成打电话给父母、同事们拜年后，和叶家三人吃过早饭，叶院长两口子就乘专车出去了。

叶文欣望着钟成，问道：“钟成，今天你想到哪去玩，我奉陪到底！”

钟成想了一下，觉得没什么可玩的，“要不我们探讨一下量子力学吧？”

他一直对量子计算机念念不忘，这回正好向叶文欣请教一下。

叶文欣脑门上浮起三条黑线，“要不要再讨论一下相对论，再研究一下大一统理论？”

“时间可能不够吧，你就给我说一下目前量子力学理论的最新研究进度吧！”

如果有时间，钟成倒是很愿意好好讨论一下相对论和大一统理论，但一天时间哪够啊？

叶文欣无奈地发现钟成是认真的，“那好吧，那我们到小花园去聊吧，空气好一点。”

叶家别墅的小花园中有一个凉亭，凉亭中有两张藤椅和一张茶几，叶文欣泡了一壶茶，又取了一碟点心，二人就在藤椅上坐下。

叶文欣披了一件军大衣，钟成表示不用。

叶文欣突然觉得能安安静静地和钟成聊会她的研究工作，也未尝不是一件乐事。

不是什么人都愿意大过年聊量子力学的！

科普 可控核聚变

（不喜欢或者已经是很了解相关知识的读者可直接跳过这一章）

核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。

自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年。

可控核聚变俗称人造太阳，因为太阳的原理就是核聚变反应。

核聚变反应主要借助氢同位素，核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，当然也不产生温室气体，基本不污染环境。

人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置，可以有效控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出。

核能包括裂变能和聚变能两种主要形式。

裂变能是重金属元素的原子通过裂变而释放的巨大能量，已经实现商用化。

因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。

另一种核能形式是目前尚未实现商用化的聚变能。

地球上的能量，无论是以矿石燃料，风力，水力还是动植物的形式储存起来的，最终的来源都是太阳。

矿石燃料是由千百万年前的动植物演变而来的，而动植物（无论是今天的还是以前的）的能量最终是要来源于食物链底端的植物的光合作用所储存的太阳能。

风的起因是由于太阳对大气的加热造成的冷热不均。

水力的势能一样要靠太阳的加热使处于低平位置的水体蒸发，上升，再以降水形式被“搬运”到较高位置，从而形成势能。

因此，无论人类利用这其中哪一种能源，归根结底都是在利用太阳能，而太阳的能量则是来源于核聚变。

所以，人类如果掌握了有序地释放核聚变的能量的办法，就等于掌握了太阳的能量来源，就等于掌握了无穷无尽的矿石燃料，风力和水力能源。

一些人鼓吹的现代工业将因为没有能量来源而走向灭亡的观点也就破产了。

因此，可控核聚变反应堆当之无愧地被称作“人造太阳”。

我国在可控核聚变技术方面处于世界领先地位，即将开始运行的EAST反应堆是世界上第一个达到实用工程标准的反应堆，如果能够成功运行，那么，可控核聚变的商业发电的时日就不远了。

名词：托卡马克装置

托卡马克装置是可控核聚变的核心装置。

可控核聚变最大的难点在于，核聚变时高达上亿摄氏度的反应体放在哪里？

迄今为止，人类还没有造出任何能经受1万摄氏度的化学结构，更不要说上亿摄氏度了。

这就是为什么一槌子买卖的氢弹已经制造了50年后，人类还没能有效的从核聚变中获取能量的唯一原因。

人类是很聪明的，不能用化学结构的方法解决问题，我们就用物理的试验一下。

早在50年前，两种约束高温反应体的理论就产生了。

一种是惯性约束，这一方法把几毫克的氘和氚的混合气体装入直径约几毫米的小球内，然后从外面均匀射入激光束或粒子束，球面内层因而向内挤压。

球内气体受到挤压，压力升高，温度也急剧升高，当温度达到需要的点火温度时，球内气体发生爆炸，产生大量热能。

这样的爆炸每秒钟发生三四次，并持续不断地进行下去，释放出的能量就可以达到百万千瓦级的水平。

另一种就是磁力约束，由于原子核是带正电的，那么磁场只要足够强大，你就跑不出去。

建立一个环形的磁场，那么原子核就只能沿着磁力线的方向，沿着螺旋形运动，跑不出发生反应的范围。

而在环形磁场之外的一点距离，还可以建立一个大型的换热装置（此时反应体的能量只能以热辐射的方式传到换热体）。

然后再使用人类已经很熟悉的方法，把热能转换成电能就是了。

为实现磁力约束，需要一个能产生足够强的环形磁场的装置，这种装置就被称作“托克马克装置”——TOKAMAK。

也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。

早在1954年，在原苏联库尔恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一个托卡马克装置。

貌似很顺利吧？

其实不然，要想能够投入实际使用，必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行，我们称作能量增益因子——Q值。

当时的托卡马克装置是个很不稳定的东西，搞了十几年，也没有得到能量输出。

直到1970年，前苏联才在改进了很多次的托卡马克装置上第一次获得了实际的能量输出。

不过要用当时最高级设备才能测出来，Q值大约是10亿分之一。

别小看这个十亿分之一，这使得全世界看到了希望，于是全世界都在这种激励下大干快上，纷纷建设起自己的大型托卡马克装置。

什么是“超托卡马克装置”呢？

托卡马克装置的核心就是磁场，要产生磁场就要用线圈，就要通电，有线圈就有导线，有导线就有电阻。

托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场，就要给导线通过越大的电流。

这个时候，导线里的电阻就出现了，电阻使得线圈的效率降低，同时限制通过大的电流，不能产生足够的磁场。

托卡马克貌似走到了尽头。

幸好，超导技术的发展使得托卡马克峰回路转，只要把线圈做成超导体，理论上就可以解决大电流和损耗的问题。

于是，使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了，这就是超托卡马克。