為什麼超導託卡馬克裝置只能執行幾百秒？

其實無論是是磁約束中的託卡馬克還是仿星器、或者球形環、磁鏡等還是慣性路子的國家點火裝置，統統都不能連續執行，當然兩者未來的前途也不一樣，磁約束封閉環境比較適合用來發電，慣性類未來適合星際旅行的飛行器發動機等等；不過現在看來磁約束似乎更接近成功一些。

託卡馬克核聚變裝置示意圖

可以從如下幾個角度來看看這個可控核聚變的難度有多高。

一、工作原理 從原理上看似乎並不難，不就是輕元素聚變成比較重的元素然後丟失的一些質量釋放出巨大的能量，太陽上天天在發生！但難度也是由此而來的。

首先太陽上有極高的溫度和壓力，我們地球上不具備，另外太陽是一個在宇宙空間的球體啊，極高溫的等離子體等都受到太陽引力的約束，還有太陽會釋放出高能粒子，最後比較關鍵，太陽聚變的元素是氫，但我們人類連最容易的氚氘聚變溫度都難以到達，可想而知這有多難！

二、材料選擇 我們人類現有最耐高溫的材料是鎢，3410度，但即使如此，在5000萬度的聚變等離子面前，連黃油都不如！幸虧等離子體是導電的，可以用磁場來約束它，這也導致了下一個問題。另外聚變時會產生中子等，內壁材料吸收了中子之後會嬗變具有放射性....

三、成本分攤 問題二中涉及了一個磁約束的名詞，就是用一組巨大的線圈通電後將等離子體束縛在磁場內部非接觸，說起來簡單，但實施起來簡直就是燒錢無法形容這個成本上升，巨大的超導線圈先不要說執行成本，這個製造成本連財大氣粗的ITER預算都哇哇叫，而且能製造這個元件的地球上屈指可數，。

四、技術穩定性 核聚變全世界哪家都是第一次，實踐是唯一的出路，導致的結果就是各種試錯，各種重新設計....每次都相當於等重的黃金打水漂，一次成功了倒也沒什麼問題，再多也認了，雖然前途一片光明，但這個道路實在是太曲折了，簡直堪比秦嶺！

當然在這個道路上還是充滿希望的，無非就是等離子體的約束嘛，問題也就是這個等離子體的約束問題，在這個路子上等離子體的溫度越高就越是毫無規律可言，但一旦破裂造成停堆是小事，內壁燒穿線圈燒燬那就玩大了.....

慣性約束沒有這個問題，但幾百束鐳射照射中間那0.1MM不到的燃料球，先不說聚焦的問題，那幾百個鐳射器大部分國家看來就傻眼了！基本上都是每家都本難唸的經

託卡馬克內部結構

仿星器內部結構

慣性約束內部結構

慣性約束的燃料球

COMPASS的磁約束裝置的聚變燃燒過程，以ms計，最後那一閃是破裂熄火了。

可控核聚變，有望徹底解決人類的能源問題。而託卡馬克裝置，則是目前主流的可控核聚變實驗裝置。自己不是這個專業的，但略微瞭解一點，說說我自己知道的東西。

目前中國的「人造小太陽」可以穩定執行幾百秒，其實已經是世界頂尖水平了。但幾百秒對於商用來說，差距還是太大。現在城市裡的發電廠，基本上幾年都不會停機，因為停機就意味著停電，成本太高。

下面大致說一下原理。

核聚變的反應溫度非常高，達到上億度。但我們已知的容器都最多隻能承受幾千度的高溫。

所以第一個問題，就是如何儲存這些高溫物質。

科學家想到了一個絕妙的解決方案——用磁場將物質控制住，使得它不與任何物質接觸，這樣也就不會熔化容器了。

這個磁約束裝置，就是託卡馬克裝置。

現在的一個重要問題，就是這些高溫的等離子體非常難以控制。等離子體不光有段短離的相互作用，還有長距離的相互作用，其行為接近混沌。所以非常難以控制。之前有研究組用神威·太湖之光的所有機組算了幾個月，就是在計算這些等離子體的運動行為，可見其複雜程度。

科學家只要能找到或合成一種新材料，通了電之後在可以在材料表面，產生高強度而不會擴散的磁埸，形成保護膜，小型核融爐應該就可以實現！

但自然界是否有這樣的材料？

不是幾百秒，而是101秒。因為要約束住在勻強磁場中作圓周運動的帶電粒子，必須使之速度的切線方向，時時垂直於勻強磁場的磁感線，這就很難，稍有歪斜，參與核反應的氘氚離子，就沿園面軸線方向逃離聚變區，這個關，全球已經攻了大約70年了，中國是實現核聚變磁約束最長的國家，才101秒。預測離實用再花70年即可，也是很樂觀的。

這題很難，可否把未經壓縮的彈篢和己被壓縮在同樣條件下作對比，查一下哪種情況總溫度能稍高一些，是被壓縮的彈奚嗎？

老是失敗是因為路走錯了。恆星可以持續核聚變有一個重要因素就是有引力約束，所以等人類搞清楚引力是如何產生的再來搞核聚變。