核聚變：最有可能使人類文明飛出太陽系的技術，地球人真正的未來

會做夢的桑尼

科學領域創作者

你聽說過卡爾達肖夫指數嗎？

蘇聯天文學家卡爾達肖夫將一個種族的文明水平，根據其使用能量的能力劃分成了三個等級：I型、II型和III型。

I型文明種族能夠使用它所在的行星上所有的能量；II型文明種族能使用它所在的恒星系所有的能量，III型文明種族則能使用它所在整個星系的所有能量。

根據這個標准，我們人類目前的文明水平大約處在0.7型左右，離I型文明還有一定的距離。那如何使人類文明達到最基本的I型文明呢？

許多科學家都認為，對可控核聚變的研究最有可能完成這個目標！

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上個世紀初，隨著愛因斯坦提出質能方程E=MC的平方，科學家們對能量和物質有了一個全新的認識，之後“宇宙大爆炸”學說的提出和發展，使我們徹底頓悟了宇宙運行的本質：能量和物質的更替循環。

物質無中生有的從能量中誕生，能量又可以從物質中被釋放。只要擁有足夠的能量，就可以創造出享用不盡的物質，這也是石油之所以能引發國際爭端的原因。

所以，對能量的使用技術代表著一個種族的文明程度，一點也不誇張。

目前人類技術中能量利用率最高的要數核能發電了，但是，核能發電卻有兩大無法解決的弊端。

一是只要發生一點事故，就可能造成嚴重的核泄漏危機，而且一旦泄露，核汙染是很難消除的，從福島的核廢水事件中就可見一斑。

二是核燃料在自然界中的儲量相對來說還是很稀有的，用不了多久就會枯竭。

所以，核能發電終究滿足不了我們對能量的需求，幸運的是，大自然中不僅有核裂變，還有核聚變！

可能有人對這兩個概念有些混淆，其實，從名字上就可以看出，核裂變指的是一個較重的原子核裂變成兩個較輕的原子核，而核聚變是兩個輕原子核聚合成一個更重的原子核。

第一代核武器原子彈，上面說到的核能發電，利用的都是核裂變原理，而之後的核武器氫彈，還有我們的太陽之所以能發光發熱，利用的就是核聚變原理。

根據質能方程E=MC的平方，能量和質量是可以相互轉化的，無論是核裂變，還是核聚變，在反應過程中都會損耗掉一部分質量，損耗的質量最終會轉化成能量的形式被釋放，這是大自然對生命的饋贈。

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看到這裏可能有人會奇怪，既然氫彈早在幾十年前就被制造出來了，我們應該已經掌握了核聚變的技術，為什麼還沒達到I型文明？

這裏就要具體講下兩種反應最底層的原理了，核裂變是用高速粒子流去撞擊核燃料，使後者發生裂變釋放能量，只要用一定的能量把入射的粒子加速到一定的速度值就夠了，而核聚變是兩個原子核在一定的能量壓力下聚合在一起。

簡單說，無論核燃料的量是多少，核裂變只需要加速一次粒子流就夠了，而核聚變卻需要遠遠大於核裂變的能量才能使所有的核燃料都發生聚合反應，只要能量稍有不足，聚合反應馬上會停止。

在太陽內部，核聚變反應的起始溫度必須要在1000萬度以上，地球上的實驗室內，因為元素密度遠遠無法達到太陽的密度，所以在實驗室內想要發生核聚變反應，溫度必須要在1億溫度以上，所以氫彈的制造發明是在原子彈之後，因為它需要後者為其提供能量維持溫度。

但是，氫彈釋放的能量是無法商用的，它不像核能發電，可以添加減速劑使反應過程緩慢而持續，核聚變反應中只要溫度下降到一個臨界點，反應馬上會停止，這就是目前科學研究上遇到的問題，所以，這個課題才叫可控核聚變。

另外研究中還有一個難題，就是超高溫反應物質的盛放問題，任何物質在加熱到幾百萬的溫度以後，都會變成等離子狀態，沒有任何容器可以盛放。

好在科學家們找到了一個好方法，就是創造出一個極向磁場和環向磁場，使其交互從而形成一個虛擬容器，將高溫反應物質約束在其中，不過目前相關設備的投入成本都很巨大，需要後期不斷的改進和降低成本。

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最後，為什麼科學家們如此篤定，核聚變會徹底把人類文明推進到一個嶄新的高度呢？

首先，核聚變過程產生的能量密度非常大，例如1克氫元素聚變所產生的能量，相當於8噸汽油燃燒所產生的熱量，這個能量轉化率遠遠高於目前我們使用的石油煤炭燃料，甚至是核能發電。

其次，核聚變所需的基礎燃料氫的同位素氘和氚在海水中是大量存在的，一升海水大約能提煉出33毫克的燃料，這個數據看起來可能不大，但你要知道我們地球上大約有1400萬億噸的水。

假如全部用來提煉核聚變燃料，照目前人類的能量使用速度，預估可以用上百億年，比太陽的壽命還要長。

最後，核聚變被稱為最清潔的能源，無論是聚變燃料還是反應之後的核廢料，放射性都非常弱。

另外，核聚變過程不會釋放二氧化碳，這對於緩解當今人類最大的難題之一全球變暖，無疑是非常重要的。

在航天領域，目前采用化石能量推進的火箭最多能把人送到火星或者金星附近的距離，人類如果想要環遊太陽系，甚至是飛出太陽系，可控核聚變在能量使用上的優勢，絕對是任何技術無法比擬的。

值得慶賀的是，近年來可控核聚變的研究不斷的取得各方面突破，尤其是我國，在該領域一直是走在世界最前列的。

好了，今天的分享就到這裏，我們下次見！