可控核聚變重大突破：首次實現能量輸出超過輸入，但馬斯克早就預言：挺酷，但沒必要
100萬美元成本，燒20壺水
賈浩楠 發自 副駕寺
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新能源重大進展，突如其來：
人類首次在聚變反應中實現了凈能量增益。
意思是說，可控核聚變裝置中，輸出的能量首次大于輸入的能量。“人造太陽”朝商業化邁出第一步。
有多重要？
馬斯克一生追求廉價、清潔能源，幾乎窮盡一切手段：太陽能屋頂、鋰電儲能站、純電動汽車、可回收火箭……
他的一切所作所為，永遠圍繞一個主題：提升人類文明利用能源的規模和效率。
而學界、產業界的普遍共識認為，能源問題的終極答案就是可控核聚變。
一旦實現商業化，全人類會擁有廉價的、取之不盡的能源。
人造太陽重大進展
研究成果來自美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）。
直接上結果：
12月5日，LLNL一次新實驗，輸入的能量為2.05兆焦耳（MJ），在核聚變反應后的輸出能量約為3.15兆焦耳。
能量增益高達約150%。
反應堆輸出的3.15兆焦耳能量，大概夠燒開20壺水。
看起來不多，但重要意義是維持可控核聚變反應的能量，第一次小于核聚變輸出的能量。
正循環的基本條件具備了，今后繼續降低可控核聚變的成本、提高效率的基礎也有了。
從人類認識核聚變，到今天這一步一共走了90年（1932年人類發現核聚變程序）。
為什么這么難？
核聚變，即輕原子核（例如氘和氚）結合成較重原子核（例如氦）時放出巨大能量的反應。
以氘氚聚變為例，一個自由質子的相對原子質量為1.007；一個自由中子的相對原子質量為1.0084；由“兩個質子+兩個中子”結合而成的氦負四原子，相對質量為4.0026。
而4.0026<2*（1.007+1.0084）=4.0308，等式中缺失的質量轉化為了能量，滿足的是質能守恒定律。
1公斤氘氚聚變相當于80544.9噸TNT當量，這個效率遠遠超過人類有史以來利用過的任何能源。
但難點是，核聚變發生條件苛刻，需要極高壓和高溫，而一旦開始，又會瞬間釋放能量，難以控制。
所以人類對核聚變的首先應用，是氫彈。
人造太陽要解決的難題，是采取合適的手段，使得核聚變過程受控。
具有一定可行性的可控核聚變裝置之一叫托卡馬克。中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。
而反應開始后，托卡馬克則利用磁約束來實現受控核聚變。
問題是——要維持托卡馬克內的反應，需要不斷輸入能量，遠大于裝置內核聚變產生的能量。
而另一條技術路線，就是這次取得重大進展的激光核聚變。
人造太陽“正循環”，怎么實現的？
所謂激光核聚變，是用高功率激光作為驅動器，照射核燃料標靶的慣性約束核聚變。
基于激光的反應堆，可以讓核聚變在很短的時間內發生，而且現在已經一定程度上跨過了凈能量增益的門檻。
所謂“慣性”，簡單來說，就是在極短時間內對聚變反應中形成的等離子體增溫增壓，利用內部原子核自身的慣性，讓它們在向四周膨脹逸散之前就克服彼此之間靜電斥力，完成融合。
具體過程是：使用激光照射核燃料標靶，在光束加熱作用下，顆粒等目標容器會向外爆炸。
在爆炸過程中，除了容器表層，其余部分會產生反作用力，使其向內加速并壓縮里面的燃料。
另外，這個過程還會產生大量沖擊波，壓縮并加熱中心的燃料，從而促使核聚變發生。
但如果想要將聚變反應堆應用于商業發電，就需要讓激光器每秒加熱目標至少10次。這并非根本不可能，但從工程角度來看，是非常困難的。
LLNL實現突破的方法，是利用美國的國家點火設施（National Ignition Facility，NIF）——世界最強大的激光點火裝置，用多達192道的激光束，照射處于輻射平衡態的空腔（hohlraum），也就是包裹著氘和氚，針頭大小的球狀顆粒。
通過激光作用，氘和氚的混合物形成了超熱氫等離子體。
另外，在反應過程中，產生的X射線炸開了原來的粒子，燃料層內爆，為核聚變的發生創造了條件。
最終在NIF的加持下，這次實驗產生了足夠多的熱量，并且這些熱量在燃料中傳播足夠快，使得輸出的能量超過了輸入。
這次實驗結果，其實也是一種“大力出奇跡”。
距離商用還有多遠？
知乎用戶@樹樹給出了這樣的估算：
100萬美元成本，燒了20壺水（還不算35億美元的設施成本），成本依然高得可怕。
但前景是樂觀的。
馬斯克怎么看
馬斯克早就有看法：
挺酷、行得通，但沒必要。
因為我們的頭頂一直就有一個取之不盡用之不竭的核聚變反應堆——太陽。
所以馬院士認為，最好的能源問題終極方案，是利用太陽能（風能本質也是太陽能的一種），而不是不計成本去搞人造太陽。
所以，馬斯克投資了太陽能、鋰電、新能源汽車、航天、城市交通、腦機接口…..唯獨沒投資核聚變。
最后，回歸到我們關注的新能源汽車。
無論馬斯克看不看好，可控核聚變商業化落地，意義依然是巨大的。
要明確一下，可控核聚變商業化不太可能是安裝在車輛本身的小型反應堆裝置，技術上難度巨大，也不符合汽車本身消費品的屬性。
真正的意義在于，可控核聚變使電能取之不盡用之不竭，成本極低，而且完全0碳0排放。用車成本幾乎可以忽略不計。
人類要做的，只剩下建設合理的儲能運能體系——比如馬斯克正在搞的鋰電池儲能站。
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