核聚变发电技术:到底有几种?为何会那么难?

如果不是很熟悉核聚变路线的朋友,对上文中的磁约束、惯性约束等关键词可能看得云里雾里,不过没关系,下文会继续介绍下核聚变的几条路线以及目前大致的进度。

核聚变的种类以及实现的难度

核裂变是利用重核被中子轰击后裂变为两个较轻的原子核,并且会释放出2~3个中子和大量能量的过程,核聚变刚好和这个过程相反,过程是两个个轻核聚变成两个重核的过程,你没有看错,重核裂变、轻核聚变都可以放出巨大能量,两者“交汇点”是铁核,因此恒星中一旦生成铁就无法聚变了,也没法裂变,成了一个“死球”,未来将会坍缩形成超新星爆发。

扯远了,再回到核聚变,尽管铁核前的原子核大部分都能聚变,但实现难度太高,因此科学家会找最容易聚变的原子核,这个标准就是结合能低,大致的顺序是原子序数越靠前结合能越低,氢最低(氢有氕氘氚三种同位素,氕占比最高为99.98%,氘为0.02%,氚痕量),不过两个氕核聚变要先吸收能量,将其中一个质子转变为中子,变成氘后再聚变,要求太高,只有太阳那样的核心才能完成,而且效率极低。

太阳核心的质子-质子链反应

因此科学家直接就找了氘和氚,也就是氢弹中的聚变材料,虽然这两种聚变材料条件比较低,但如果在没有特别大压力条件下,至少需要上亿度的高温并且长时间保持这个状态,才能让氘核和氚核有机会碰撞完成聚变,核聚变路线就是如何让这两种原子核保持在如此高温状态之下让其聚变的技术。