可控核聚變一旦實現(xiàn)，100克的核燃料，可以讓一輛汽車跑多遠？

?——【·前言·】——?

加油站排起長隊，電動車車主在充電樁前焦急等待，續(xù)航焦慮始終是車主們逃不開的話題。但這一切可能會因一項技術的突破而徹底改變：可控核聚變。

2025年，中國的“東方超環(huán)”（EAST）創(chuàng)下了1億攝氏度1066秒穩(wěn)態(tài)運行的世界紀錄，這一里程碑讓可控核聚變的商業(yè)化前景變得更加清晰。

100克聚變?nèi)剂夏芘芾@地球幾百圈

100克氘氚混合燃料拿在手里很輕，看起來和普通東西沒區(qū)別，但如果它真正發(fā)生核聚變，釋放出來的能量會夸張到離譜。

按E=mc2的思路估算，這100克里大約會有0.7克的質(zhì)量轉成能量，放出的熱量約63萬億焦耳，數(shù)量級已經(jīng)不是日常燃料能碰瓷的。

把它和汽油對比更直觀：汽油燃燒的能量密度大約是每克4.6萬焦耳，而聚變?nèi)剂系目趶?，每克可達約8.9億焦耳，也就是說，同樣1克，聚變釋放的能量大約是汽油的1.9萬倍。

不是“更省一點”，而是直接跨了好幾個時代，如果把這股能量拿去驅(qū)動一輛普通家用車，做個便于理解的換算：按百公里油耗8升的車來算，理論上100克聚變?nèi)剂夏苤纹嚺芗s2300萬公里。

地球赤道一圈約4萬公里，2300萬公里相當于繞地球575圈，再把尺度拉得更大一點，地月往返一次大約76.8萬公里左右，用2300萬公里去除，差不多能完成往返月球60次。

當然，現(xiàn)實里不可能把核聚變的熱量100%變成車輪上的動力，中間要經(jīng)歷發(fā)電、傳輸、儲能/電機轉換等損耗。

就算把這些折扣都算進去，保守估計它依然能支持大約620萬公里的行駛距離，仍舊能繞地球約155圈。

即便按這個“打完折”的結果，概念依然極其沖擊：過去人們開車最在意的油價、續(xù)航、加油站密度，在這種能量密度面前都顯得不再是核心問題。

所以這100克東西最嚇人的點，不是它重不重，而是它把“燃料”這件事從頻繁補給變成幾乎一次夠用很久的資源形態(tài)，直接改變交通、發(fā)電乃至能源體系的想象空間。

這種能量密度的躍遷，簡直是拿原子彈的量級去推自行車，這早已超越了“省油”的范疇，這是在公然挑釁物理法則的極限。

聚變?nèi)剂蟻碜院Ｋ妰r或崩盤

核聚變嚇人的不只是能量密度，還在于燃料來源和潛在成本結構，可能直接改寫現(xiàn)有能源生意的底層邏輯。

傳統(tǒng)石油之所以昂貴，本質(zhì)是資源有限、越用越少，供應被少數(shù)地區(qū)和公司控制，于是價格天然帶著“稀缺溢價”，而聚變?nèi)剂系倪壿嫀缀跸喾矗涸喜⒉幌∪?，甚至可以說到處都是。

聚變常提到的燃料之一是“氘”，它來自海水，按照常見數(shù)據(jù)，每升海水大約含0.03克氘，換句話說海邊隨便取一瓶水，若把里面的氘提出來并用于聚變，其理論能量價值可以對標大量化石燃料。

換算出來大致相當于300升高標號汽油的能量量級，再把視角放大到全球，海洋中氘的總量被估算為45萬億噸，按這種儲量級別看，哪怕人類用能持續(xù)增長，理論上也足以支撐極其漫長的時間尺度。

成本方面，目前公開的提取成本核算口徑里，每克氘大約13美元，這個價格單看不便宜，但要結合“每克釋放的能量”去算單位能量成本，意義就完全不同。

燃料本身可能不再是決定電價的核心變量，更多成本會轉移到設備、維護、材料與工程上。

一些觀點認為，一旦反應堆工程化成熟、規(guī)?；瘡椭疲l(fā)電側的度電成本可能壓到幾分錢甚至更低，電力作為商品的定價體系會受到?jīng)_擊，居民對電費的敏感度也可能大幅下降。

大眾最擔心的另一點是安全：一聽“核”很多人會聯(lián)想到裂變事故，聚變和裂變機制不同，裂變依靠鏈式反應，控制失效會帶來嚴重后果。

聚變要在極高溫、一定密度和穩(wěn)定約束條件下才能持續(xù)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常，比如約束條件破壞、磁場不穩(wěn)或其他故障，反應難以維持，會自行衰減停止，因此不存在同類的“越反應越失控”路徑。

核裂變會產(chǎn)生長期留存、高放射性的廢料，帶來不小的廢料負擔，而核聚變完全不會有這種情況，它的主要產(chǎn)物里包含氦氣，氦氣本身無毒且呈惰性，還能應用在工業(yè)領域，有著實實在在的市場價值。

也就是說，從“原料獲取—長期供給—潛在成本—安全與廢物”這幾條線看，聚變確實呈現(xiàn)出一種接近理想的能源形態(tài)。

燃料來自海水，量大、分布廣；供給不易被壟斷；事故機理更易“自停”，產(chǎn)物相對干凈，還可能順帶提供有用氣體，這種能源，若不配稱“終極能源”，還有誰配？

核聚變這么猛為何車還得加油

核聚變聽起來近乎完美，但你現(xiàn)在還在加油、企業(yè)還在做鋰電，核心原因只有一個：把聚變做成可控、可持續(xù)、可工程化的電源極其困難。

原理并不神秘，甚至核武器早就證明它能釋放巨大能量，可“能炸”不等于“能穩(wěn)定發(fā)電”，更不等于“能塞進汽車”。

核聚變最大的技術門檻全卡在反應條件上，尤其是對溫度的要求極高，要實現(xiàn)氘、氚的聚變反應，必須將等離子體加熱到上億攝氏度的級別。

這個量級遠超日常工程材料的承受范圍，任何已知材料都不可能在這種環(huán)境下直接接觸并長期工作，一碰就會被迅速破壞。

因此，反應物不能像鍋爐那樣裝在容器里燒，只能想辦法讓它不接觸器壁還要保持穩(wěn)定，目前主流路線是用強磁場把等離子體“約束”在真空腔內(nèi)，典型裝置就是托卡馬克。

難點在于：磁場要強、結構要精密、穩(wěn)定控制要極其復雜，還要同時應對高熱負荷、中子輻照、材料老化等一串工程問題，結果就是設備巨大、系統(tǒng)繁瑣。

現(xiàn)階段的聚變裝置，體量往往按樓、按千噸計，ITER這類工程更是達到2.3萬噸級別，把這種東西做成汽車發(fā)動機尺寸基本不現(xiàn)實，所以短期內(nèi)不會出現(xiàn)“每輛車自帶反應堆”這種路線。

更可能落地的交通模式，是先把聚變用在電網(wǎng)側：建聚變電站集中發(fā)電，再通過電網(wǎng)把廉價電送到城市、工廠和充電體系。

車端仍然是電機+電池，區(qū)別只是電從哪里來、能不能變得更便宜更充足，進一步的想象空間包括更高功率的快充網(wǎng)絡、更長壽命的電池，甚至探索無線供電等方式，讓車輛使用體驗接近“隨用隨有”。

中國在受控聚變研究上也有進展，到2025年“東方超環(huán)”（EAST）實現(xiàn)了上億攝氏度條件下穩(wěn)定運行1066秒的紀錄，說明我們在“把等離子體維持住”這件事上不斷逼近可用區(qū)間。

當然，離商業(yè)化發(fā)電還差很多環(huán)節(jié)，比如持續(xù)穩(wěn)定性、能量增益、材料壽命、維護成本和工程可靠性等，但關鍵難題正在被逐步拆解。

包括耐輻射材料研發(fā)、更強磁體等，都是為了讓系統(tǒng)更穩(wěn)、更可控、更接近工程化，每一次微小的進步，都是在給這頭桀驁不馴的“太陽”，穿上一層更緊的“緊身衣”。

參考資料：
“人造太陽”照亮你我未來丨“人造太陽”來發(fā)電，電費能省多少錢？
2024-01-25 00:09:39來源：央廣網(wǎng)