可控核聚變一旦實(shí)現(xiàn)，100克的核燃料，可以讓一輛汽車跑多遠(yuǎn)？

接著1930年代，物理學(xué)家們開(kāi)始算賬，胡特曼斯和阿特金森1930年左右估出高溫下輕核融合的可能。實(shí)驗(yàn)上，1934年奧利芬特用加速器砸氘核，第一次人工聚變，雖然小打小鬧。

聚變?nèi)剂现饕菤涞耐凰兀碗啊ｋ诤Ｋ锏教幨牵可Ｋ?.03克左右，全世界海水里的氘夠人類用上億年。氚呢，自然界少，得用鋰和中子反應(yīng)造出來(lái)。

為什么選氘氚？因?yàn)樗鼈兙圩冮T檻低，溫度一億度就能行，釋放能量也多。相比氘氘或氚氚，氘氚反應(yīng)質(zhì)能轉(zhuǎn)化率高，達(dá)0.35%到0.7%。科學(xué)家們挑這個(gè)路線，因?yàn)閷?shí)際操作起來(lái)相對(duì)靠譜。

1950年代美國(guó)啟動(dòng)謝伍德計(jì)劃，用磁場(chǎng)管住高溫等離子體。蘇聯(lián)那邊1958年日內(nèi)瓦會(huì)議上亮出托卡馬克，環(huán)形裝置用磁場(chǎng)圈住粒子。1968年他們的T-3裝置測(cè)到中子，證明磁約束管用。

1970年代歐洲建JET，1983年點(diǎn)火，1991年氘氚實(shí)驗(yàn)放出功率。進(jìn)入21世紀(jì)，2007年法國(guó)ITER開(kāi)工，35國(guó)合作，目標(biāo)2025年首次等離子體，2035年氘氚測(cè)試，產(chǎn)500兆瓦融合能。

中國(guó)也沒(méi)閑著，復(fù)旦大學(xué)論壇上提到，國(guó)內(nèi)BEST項(xiàng)目和環(huán)流器三號(hào)升級(jí)正熱火朝天，攻關(guān)等離子體控制、耐輻射材料和氚循環(huán)這些難題。

聚變難就難在控制上。等離子體熱到上億度，得用磁場(chǎng)或激光壓住，不讓它亂跑。激光慣性約束像美國(guó)NIF，2022年實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，激光砸燃料球，瞬間擠壓。磁約束像托卡馬克，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是關(guān)鍵。

全球科學(xué)家們一步步來(lái)，已逼近點(diǎn)火條件，聚變?nèi)朔e——密度、溫度、約束時(shí)間——差不多了，就差20倍左右。核聚變能清潔無(wú)限，不像裂變有放射廢料，燃料取之不盡，用起來(lái)環(huán)保。

中國(guó)在聚變研究上投入大，環(huán)流器系列從上世紀(jì)80年代起步，現(xiàn)在三號(hào)能維持高參數(shù)運(yùn)行。國(guó)際合作中，中國(guó)貢獻(xiàn)部件和技術(shù)，推動(dòng)ITER前進(jìn)。聚變實(shí)現(xiàn)后，能源危機(jī)就不是事了，海水變?nèi)剂希瑝蛉祟愑谩?/strong>

100克核燃料到底能干啥？假設(shè)氘氚等比混，50克氘50克氚，全參與聚變。反應(yīng)是氘加氚成氦加中子，質(zhì)量虧0.018原子單位，每個(gè)反應(yīng)放17.6兆電子伏。

算總能量，先看分子數(shù)：100克燃料，平均摩爾質(zhì)量2.5克/摩爾，等40摩爾反應(yīng)物。每摩爾6×10^23粒子，反應(yīng)對(duì)數(shù)大得嚇人。

用質(zhì)能方程E=mc2，轉(zhuǎn)化率0.7%，100克里0.7克變能量。m=0.0007千克，c=3×10^8，E約6.3×10^13焦耳，63萬(wàn)億焦耳。這數(shù)字啥概念？一噸TNT爆炸4×10^9焦耳，這相當(dāng)于1.5萬(wàn)噸TNT，能量密度高到爆。

汽車這邊，拿中型車算，每100公里油耗8升汽油。汽油密度0.74千克/升，熱值4.6×10^7焦耳/千克。8升約5.92千克，能量2.7×10^8焦耳。每公里2.7×10^6焦耳。

但車實(shí)際效率低，汽油車只用15-25%能量推動(dòng)，剩的熱損、摩擦丟掉。假設(shè)20%效率，每公里有效需1.35×10^7焦耳總能，但為簡(jiǎn)單比，先用總能算。

聚變能量6.3×10^13除每公里2.7×10^6，得2.3×10^7公里，2300萬(wàn)公里。地球赤道4萬(wàn)公里，這繞575圈。時(shí)速100公里，開(kāi)26年不停。一小撮燃料，夠車環(huán)球五百多趟。

但實(shí)際聚變用在車上，可能轉(zhuǎn)成電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。聚變堆效率50%，傳電90%，電機(jī)95%，總鏈路約40%。有效能量降到2.5×10^13焦耳。電動(dòng)車每公里耗0.15千瓦時(shí)，540千焦。距離約4.6×10^7公里，4600萬(wàn)公里。更樂(lè)觀算，效率提上去，能遠(yuǎn)。

燃料制備，海水提氘，成本低；氚育生，用鋰毯在中子下產(chǎn)。聚變堆自持氚循環(huán)，鋰6加中子出氚加氦。100克燃料體積小，像個(gè)雞蛋，能量卻頂3700桶汽油，重量百萬(wàn)分之一。

這計(jì)算假設(shè)全聚變，實(shí)際反應(yīng)堆有損失，但理想下就這么驚人。比汽油能量密度高千萬(wàn)倍，一克聚變?nèi)剂享攷讎嵱汀＼囉蒙希m(xù)航不是問(wèn)題，燃料棒幾年一換。

再細(xì)算，每個(gè)氘氚反應(yīng)17.6 MeV，轉(zhuǎn)焦耳1.6×10^-13×17.6×10^6≈2.8×10^-12焦/反應(yīng)。100克燃料粒子數(shù)約100/0.005×6×10^23≈1.2×10^25反應(yīng)，總能3.4×10^13焦，類似前算。汽車油耗變，4-11升/百公里，取中間8升準(zhǔn)。

效率考慮，汽油車低，聚變電車高。未來(lái)車設(shè)計(jì)優(yōu)化，損失少，距離更遠(yuǎn)。總之，100克燃料讓車跑千萬(wàn)公里級(jí)，徹底改出行。

聚變實(shí)現(xiàn)，能源格局大變。等ITER2035年氘氚實(shí)驗(yàn)后，2040年代示范堆上網(wǎng)。私人企業(yè)如通用融合，目標(biāo)2030年代電網(wǎng)接入。中國(guó)項(xiàng)目推進(jìn)，環(huán)流三號(hào)升級(jí)，BEST建，助力聚變商業(yè)化。

運(yùn)輸上，聚變電支持電動(dòng)車網(wǎng)，充電站到處是，電池小，續(xù)航長(zhǎng)。船用緊湊堆，推輪過(guò)洋。飛機(jī)氫燃料，聚變產(chǎn)氫，清潔起飛。全球能源穩(wěn)，化石減，空氣好。

工業(yè)用聚變電，成本低，生產(chǎn)勁。偏遠(yuǎn)區(qū)模塊堆，運(yùn)過(guò)去接網(wǎng)。減少污染，溫室氣降，氣候穩(wěn)。

研究繼續(xù)，新材料耐中子，高熱負(fù)荷。氚自持循環(huán)，海水氘無(wú)限，可持續(xù)。聚變帶清潔時(shí)代，工業(yè)交通生活受益。中國(guó)在聚變上發(fā)力，合作國(guó)際，推動(dòng)人類能源新紀(jì)。未來(lái)出行多方便，無(wú)油無(wú)憂。