今天來聊美國人正在偷偷干的一件大事兒,，你這幾天是不是還在惆悵,，韓國LK-99室溫超導(dǎo)沒有搞成？但美國人卻已悄悄地開始,，用一種高溫超導(dǎo)材料,，打造一個緊湊型的“人造太陽”，想要在2025年，也就是后年,，實(shí)現(xiàn)氫聚變點(diǎn)火,，并獲得凈能量的收益。

你第一個反應(yīng)可能是,，拉倒吧,，人造太陽，還后年,，再過50年都搞不定,。你可別小看美國人干這事兒的決心，他們已經(jīng)買下了全世界大部分的關(guān)鍵材料,，2021年就制造出了世界上最強(qiáng)大的實(shí)用穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場,，足以將一艘航空母艦抬離水面。而這種磁場,，就是要用來建人造太陽的,。

干這事兒的是麻省理工2018年成立的初創(chuàng)公司聯(lián)合核聚變系統(tǒng)（CFS）,，有人已經(jīng)給他們投了20億美元，開始在波士頓附近的美國陸軍預(yù)備役基地,，建造一個新型托卡馬克聚變反應(yīng)堆Sparc,，而這個反應(yīng)堆最關(guān)鍵的材料就是氧化釔鋇銅（YBCO）膠帶，一種革命性的高溫超導(dǎo)材料,。

核聚變是在高溫高壓下,，打破原子核的排斥力，將其強(qiáng)行合并成重核,，氫聚變就是將兩個氫核合并成一個氦核,，這個有多難呢，大致相當(dāng)于把1米7高的你,，壓縮到你頭發(fā)直徑的百分之一,，或者把地球壓縮到橄欖球大小，在這個過程中會釋放出巨大的能量,，這是宇宙中太陽及其他恒星的能源來源,。

這個釋放的能量究竟有多大呢,？我們以煤炭為例，同樣質(zhì)量的物質(zhì),，鈾核裂變釋放的能量是煤炭的276萬倍,，氘氚聚變釋放的能量是煤炭的1000萬倍，而反物質(zhì)全部湮滅，釋放的能量更高達(dá)煤炭的28億倍,。

所以你就可以想象,，如果人類能夠?qū)崿F(xiàn)可控核聚變，并將其用于發(fā)電,，就可以釋放多大的能量,，而且它沒有任何污染排放，出問題了聚變就會立刻停止,，不會像裂變反應(yīng)堆那樣,，導(dǎo)致巨大持久的污染，我們將擁有一種完全清潔,，絕對安全,，可無限使用的無盡能源，從而有助于解決全球能源危機(jī)和氣候變暖,。

而要實(shí)現(xiàn)人工核聚變,，最關(guān)鍵的就是把上億度的高溫等離子體約束在一起，不讓它們接觸周圍的任何部件,，避免熔毀反應(yīng)堆,。那么要如何才能做到呢？高溫等離子體是帶電的,，所以我們可以用磁場把它與周圍的物質(zhì)隔離開來,，這樣的裝置就是托卡馬克裝置。

你可能會說，都說核聚變反應(yīng)要上億度的高溫,，我很難想象用磁場,，能把它約束在直徑幾米、十幾米的空間里,。地球磁場知道吧,，可以說非常微弱,，但它可以把帶電的太陽粒子擋住,，形成美麗的極光，也可以擋住宇宙射線,，讓地球生命得以生息繁衍,。

而托卡馬克要把上億度的等離子體困在狹小的范圍內(nèi)，最關(guān)鍵就是強(qiáng)大的磁場,，通過這段時間韓國LK-99室溫超導(dǎo)的強(qiáng)行科普,，你應(yīng)該已經(jīng)知道，超導(dǎo)體可以產(chǎn)生零電阻和強(qiáng)大的磁場了，而這些,，正是托卡馬克裝置能夠有效產(chǎn)生和維持所需電流及強(qiáng)大磁場的關(guān)鍵,。

但室溫超導(dǎo)沒戲了，人造太陽是不是就要放一放,，緩一緩了呢,？這個可不能緩，地球變暖已經(jīng)刻不容緩,，人類和地球其他生命的命運(yùn),，也已經(jīng)等不及了。

全球大規(guī)模合作的典范國際熱核聚變反應(yīng)堆（ITER），從2007年開始設(shè)計(jì)建造,，使用的就是鈮基低溫超導(dǎo)磁鐵,，需要在液氦，也就是4K的溫度下工作,，既昂貴又復(fù)雜,，并限制了磁場強(qiáng)度的提高，還讓它的體積變得很大,，直徑超過了12米,，成本高達(dá)200億美元。ITER目前正在建造安裝,，預(yù)計(jì)在2025年產(chǎn)生第一個等離子體,，2035年開始聚變實(shí)驗(yàn)，但也僅僅只是確定核聚變發(fā)電是否可行,，真正的發(fā)電不知要等到猴年馬月去了,。

但你在這幾年一浪高過一浪的熱浪中熬過就知道了，按照人類現(xiàn)在瘋狂消耗能源的德性,，悲觀一點(diǎn)說,，恐怕2035年都等不到，很多生命就要嗝屁了,，我們就要茍延殘喘,，室溫超導(dǎo)沒戲，低溫超導(dǎo)體積大,，不是還有高溫超導(dǎo)嗎,？干嘛都不用呢？

麻省理工用的材料釔鋇銅氧,，就是一種高溫超導(dǎo)體。這里要簡單澄清一下,，室溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo),，超導(dǎo)分低溫超導(dǎo)，也就是30K（-243.15℃）以下,，高溫超導(dǎo),，也就是30K以上的超導(dǎo)體，而室溫超導(dǎo),，則是在0℃以上超導(dǎo)的材料,，又叫常溫超導(dǎo)，也就是在我們還能茍且活著的溫度壓力范圍內(nèi),，可以超導(dǎo)的材料,，目前暫時還沒有發(fā)現(xiàn)。

釔鋇銅氧是第一個轉(zhuǎn)變溫度77K以上,，高于液氮的高溫超導(dǎo)體,，1987年由阿拉巴馬大學(xué)的吳茂昆和休斯敦大學(xué)的朱經(jīng)武發(fā)現(xiàn)，后來科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它的單晶具有非常高的臨界電流密度,，也就是保持超導(dǎo)性的同時,，可以通過很大的電流，但多晶的卻很低,，因而開發(fā)出了最有前途的方法,，通過將釔鋇銅氧沉積，涂在薄薄的柔性金屬帶上,，稱為釔鋇銅氧膠帶,，或者高溫超導(dǎo)膠帶（HTS），可以在液氮溫度（-196℃）下工作,，在更小的空間內(nèi)產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場,，目前已有美國、日本,、法國,，及歐洲多家公司可以生產(chǎn)。

麻省理工2018年開始從這些公司采購HTS,，將全球大部分的4毫米高溫超導(dǎo)膠帶都買了下來,，然后繞成16個線圈，創(chuàng)建了一個可以環(huán)繞托卡馬克的環(huán)形磁場,，并在2021年達(dá)到了破紀(jì)錄的,，20特斯拉的磁場強(qiáng)度,，是地磁場的40萬倍,，這個強(qiáng)度有多大呢,？它可以直接將一艘航空母艦抬出水面！

CFS在獲得20億美元投資后,，已開始建造一個新型的托卡馬克聚變反應(yīng)堆Sparc,，需要18個超導(dǎo)磁體，10000公里的HTS膠帶,，目前已買到了1/3,，剩余部分已簽訂了訂單。

Sparc是一個緊湊、高場,、凈聚變能量的裝置,，主半徑1.85米，副半徑0.57米,，環(huán)向磁場12.2特斯拉,，等離子體電流8.7兆安，聚變功率50-100兆瓦,，聚變增益Q大于10,。這個是什么意思呢？

聚變增益Q是指核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的聚變功率,，與維持等離子體所需的加熱功率之比,，簡單來說，就是輸出能量和輸入能量之比,。Q越大,，說明反應(yīng)堆效率越高，能夠產(chǎn)生更多的凈能量,。當(dāng)Q=1時,，稱為臨界狀態(tài)，此時聚變功率等于加熱功率,。當(dāng)Q>1時,，稱為超臨界狀態(tài)，反應(yīng)堆產(chǎn)生凈能量,。當(dāng)Q大于5時,，被認(rèn)為可以點(diǎn)燃氘氚聚變，但要維持商業(yè)反應(yīng)堆,，Q需要達(dá)到30-50,。點(diǎn)火后Q趨于無窮大，聚變功率遠(yuǎn)大于加熱功率,，反應(yīng)堆就可以自我維持,，并釋放巨大的能量,，源源不斷地供我們揮霍，從而實(shí)現(xiàn)能源自由,，以后點(diǎn)燈就點(diǎn)兩盞,，一盞點(diǎn)在屋里，一盞點(diǎn)在太陽壩頭,。

所以在釔鋇銅氧膠帶的加持下,，Sparc的體積只有國際熱核聚變裝置ITER的1/40，成本可能只有1/50,，要是真的能在2025年實(shí)現(xiàn)核聚變點(diǎn)火,，并獲得凈能量收益，那簡直就是一個奇跡了,。

這絕對是一個雄心勃勃的目標(biāo),，但高溫超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展確實(shí)有可能讓它變成現(xiàn)實(shí),，而使用低溫超導(dǎo)磁體的ITER，由于拖延時間太久,，可能還沒有建成,，就已經(jīng)完全落后了。這次韓國室溫超導(dǎo)LK-99,，全世界鬧了一場,，卻基本沒戲了，確實(shí)太讓人遺憾,，不然可能會對人造太陽產(chǎn)生更大的影響,。

事實(shí)上，全球目前正在掀起一股核聚變投資熱潮,，許多私營公司和公共機(jī)構(gòu)都在積極推進(jìn)各種核聚變項(xiàng)目 ,。除了Sparc和ITER之外，還有許多其他有前途的項(xiàng)目,，例如英國的MAST Upgrade,、法國的WEST、美國的國家點(diǎn)火裝置,、德國的Wendelstein 7-X等,，甚至微軟已經(jīng)和Open AI CEO山姆·奧特曼投資的Helion公司簽署購電協(xié)議，將在2028年前向其購買核聚變電力,。這些項(xiàng)目都在探索不同類型和規(guī)模的托卡馬克裝置,，或其他形式的核聚變裝置，以找到最好的人造太陽方案。

中國在這方面也沒有落后,，也有生產(chǎn)高溫超導(dǎo)膠帶的能力,，目前正在將產(chǎn)能提高到3000公里/年的目標(biāo)，用于中國自行設(shè)計(jì)的托卡馬克裝置,，今年7月5日就有報(bào)道稱,，中國核工業(yè)第五建設(shè)有限公司已經(jīng)與中國第一家開發(fā)聚變能的商業(yè)公司簽訂了總裝合同,，承建全球首個全高溫超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,，看看，好像還領(lǐng)先了,。

看見沒有,，就在你以為希望渺茫，準(zhǔn)備在滾滾熱浪中了卻殘生的時候,，全世界很多商業(yè)機(jī)構(gòu),，卻似乎嗅到了核聚變可能即將突破的信號，這可能是去年美國國家點(diǎn)火裝置歷史上第一次點(diǎn)燃受控氫聚變,，獲得凈能量收益帶來的影響,，剛剛過去的7月30日，國家點(diǎn)火裝置又點(diǎn)燃了第二次氫聚變,，雖然這兩次都只是膠囊處的凈能量收益,，不是整個裝置的，但這正是最關(guān)鍵的一步,，從0到1的一步,。

我知道的已至少有兩家公司,，在采用類似的脈沖點(diǎn)火方式來研發(fā)人造太陽。一家是日本的EX-Fusion,，用激光不斷轟擊氘氚膠囊來實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng),。一家是英國初創(chuàng)公司第一光聚變（FLF），先是用炸藥,，以后將用電磁炮來壓縮核膠囊,，90秒點(diǎn)燃一次核聚變，用小太陽燒水發(fā)電,，相當(dāng)于一臺核聚變發(fā)動機(jī),，只是火花塞是用核聚變點(diǎn)火的。怎么樣,，是不是很牛逼,，很期待啊,？

目前全球至少已有數(shù)十億美元,，投入到民營核聚變技術(shù)的開發(fā)中,，一旦核聚變發(fā)電成為現(xiàn)實(shí)，人類文明將迎來一場能源的革命性飛躍,。那將是一種源源不斷的綠色能量之泉,，讓地球上每一個生命，都可以自由地沐浴在,，干凈,、和諧的能量光環(huán)中。面對能源危機(jī)與氣候變暖的雙重挑戰(zhàn),，核聚變猶如一道明亮的曙光,，讓人類邁向繁榮與可持續(xù)發(fā)展的美好明天，我們將告別過去的匱乏與焦慮,，共同享受清潔與富足帶來的和平和幸福,。

參考：

https://spectrum./fusion-2662267312