核聚变是人类今朝正在开辟的优质新能源之一，若是推上贸易运用，将完全缓解现阶段的能源危机，将人类文明推上一个新阶段。于是，有人认为，核聚变能源的操纵，是人类将来文明进级，走标的目的深空的独一出路。
这就值得商榷了。我认为，核聚变只是人类今朝正在开辟的一种高效能源，是人类迄今为止熟悉的质能转换率最高的能源，但并纷歧定是将来人类第一流的能源。为什么这么说呢？这就要从爱因斯坦的质能方程说起。
质能方程
质能方程是爱因斯坦最伟大的发现和进献之一，它揭示了质量与能量的当量等价以及交换关系，让人类对物质质量所蕴含的能量有了冲破性熟悉。它告诉人类，只要有本领将物质质量全数转化当作能量，能量就会取之不尽用之不竭。
质能方程有一个复杂的推导过程，最终获得一个十分简练的表达式，就是E=MC^2。这个公式的意思是，能量E与质量M乘以光速C的平方是等价的，并且是可以交换的，只要人类有本领将物质质量全数转化为能量，这个能量就惊人的庞大。
质能的等价转换是彼此的，也就是说质量既可转化为能量，能量也可转化为质量。但这种转化又是很难很难的，需要出格苛刻的前提，本家儿如果需要庞大能量或者极高压力，并且能量转化为质量则更难。宇宙降生那一刻，在无以伦比的压力和高温下，宇宙从大爆炸那一刻的纯能量，垂垂生当作了各类元素和物质，才当作就了我们的宿世界。
很小质量的物质可以转化出庞大能量，是以若是反转，则庞大能量才可以或许转化出很小质量。按照质能方程计较，1kg质量的物质，全数转化为可获得9*10^16J(焦耳）能量，每度电能半斤八两3600000J，每吨火药半斤八两4814000000J，是以1kg物质全数转化当作能量半斤八两250亿度电能，2151万吨火药。
等价对等转换，能量转化为质量，就是250亿度电能的能量，才可以或许转化出1kg质量，或者2500万度电的电能，才可以或许转化出1g质量。
此刻已知的是，实现100%质能转化率，也就是物质质量全数转化为能量的路子只有一个，就是正物质和反物质碰撞湮灭。但我们宿世界反物质少少，并且捕获和保留都好不容易，是以要取得这种完美质能转化还只能是个胡想。
人类曩昔的能源操纵本家儿如果经由过程对木料或煤炭石油的燃烧，这种能源操纵体例不是质能转换，而本家儿如果经由过程化学反映的体例，质能转换在此中极其微量。若是按照质能方程计较，这种转化率极低。如1kg煤经由过程燃烧能获得约3000万J的能量，质能转化率只达到3*10^-10，也就是300亿分之一。
核能操纵和可控核聚变开辟近况
此刻人类取得最大质能转换率的是核能。核裂变的质能转化率约0.1%，核聚变的质能转换率约0.7%，也就是1kg核燃料，这两种体例可以别离转化出1g和7g质量的能量。这比曩昔烧煤强多了，效能别离晋升了300多万倍和2300多万倍。
原枪弹爆炸和氢弹爆炸是核能不成控的刹时释放，固然只有0.1~0.7%的质能释放，却这么惊人，比通俗火药厉害多了，可见质量转化为能量的威力。此刻人类已经把握了核裂变的可控释放，这样就可以操纵核能造福人类了，如核电站等。
但核裂变一是污染风险大，二是质能转化率远远没有核聚变高，三是原材料储量和开辟比核聚变差远了。是以，开辟出可控核聚变，是人类已经追求了几十年的重大方针。但迄今为止，核聚变还只是逗留在氢弹“轰”的一下不成控阶段，可控迟缓释放能量的核聚变操纵还在试验中。有专家展望，大要还需要30年摆布，可控核聚变才有可能推上贸易运用。
此刻宿世界列国，尤其是发财国度，都鄙人鼎力气攻关可控核聚变，但进展一向都很迟缓。颠末几十年的尽力，此刻人类已经可以或许经由过程尝试装配，已经实现了将核聚变的超高温等离子体约束在装配内，并从起头的能量输入大于输出实现了输出大于输入。在这方面，中国走在了宿世界前列，中科院合肥研究院的全超导托卡马克装配进行的尝试，缔造了1.2亿度状况下不变运行101秒的记实。
即即是宿世界前列，也才101秒，可见将来的路还有多艰难，还有多长。
可控核聚变实现的难点
所谓可控核聚变俗称人造小太阳。这种叫法引起过很多人的曲解，觉得所谓“人造小太阳”就是造出一个外不雅像太阳，放射出刺眼光线的球体。其实不是这样，之所以叫做“人造小太阳”，是因为核聚变的内涵运行机制是仿照太阳焦点的氢核聚变。
太阳之所以源源不竭地发出光和热，就是中间一向在不断进行着氢核聚变，每秒钟有420万吨的质量转化为庞大能量，以电磁辐射的体例释放到太空，我们地球也可以或许分得一杯羹，这杯羹是太阳总能量的22亿分之一。
可控核聚变的最浩劫点就是实现对高温等离子体的节制，这种节制一是要约束住它，不让其处处乱跑；二是要能维持源源不竭的聚变反映。要实现这个方针，首先就要解决容器问题，用什么容器和方式可以或许盛装核聚变的高温等离子体。
太阳核聚变是在3000亿个大气压强和1500万度高温下，几十亿年来持续不竭进行的。而人类在地球上无法获得这么高的压力，就只能从温度晋升上做文章。
是以在地球情况下要实现可控核聚变，让这个聚变源源不竭的进行，核聚变等离子体的温度就要达到1亿度以上。从今朝的手艺来看，人类制造出1亿度高温已经不当作问题，但问题是这团亿度高温之火用什么容器来装住让它不要乱跑呢？
我们地球所有的材料没有可以或许耐受1亿度高温的。已知熔点最高的物质是铪合金，熔点可达4215℃；其次是单质碳，熔点在3500℃以上；熔点最高的单质金属是钨，熔点为3410℃。由此可见，地球物质耐高温的能力太弱了，连1万度都耐不了，别说耐1万个1万度的1亿度了。
不管用何种物质做核聚变装配的内胆，都无法装住核聚变的火焰。当然这只是常人的目光，科学家可不是常人，他们熟知并能应用几百年来的科学发现和发现，找到了束厄局促核聚变高温等离子体这匹野马的方式，并且还不止一种。
这就是磁约束、重力约束、惯性约束。太阳就是依靠重力约束，庞大质量的压力，将核聚变节制在焦点进行；而地球没有这么大的重力，人类也没有能力制造这么庞大的压力，只能采纳其他约束 法子。
此刻遍及采用的是磁约束，就是经由过程制造一个磁场，将核聚变的等离子体中带电粒子约束在装配中间，不让它接触内壁和任何零部件，这种装配本家儿要有托卡马克和仿星器装配。
这样，核聚变反映就可以或许节制在容器中进行了。但理论与实践是有距离的，当前需要解决的是可以或许约束和持续不变运行多久的问题，可以或许转化出多大的能量的问题。
可控核聚变前景
为什么人类对可控核聚变这么正视和等候呢？本家儿如果因为有两大无可对比的优势：一是核聚变所需原料储量充沛，二是核聚变是一个最洁净环保的能源，几乎没有任何污染。是以若是核聚酿成为人类的本家儿要能源后，什么碳排放等成长与粉碎难以解决的矛盾就都不是事了。
此刻核聚变采用的原料本家儿如果重氢，就是氢的同位素氘和氚，这种原料在海水中储量丰硕，1升海水就含有0.03g的氘，这一点点氘经由过程核聚变释放的能量半斤八两300升汽油，而全球海水中储存的氘就有45万亿吨，半斤八两4.5*10^19吨汽油燃烧释放的能量。
宿世界石油总储量只有约2500亿吨，海水中氘的储量所能转化能量是石油储量的1.8亿倍。此刻1年利用中开采量约50亿吨，现有储量只能开采50年，而用氘替代可用9亿年。
并且，除了海水，地球其他资本中也还富含氘和氚。将来，人们还可以到月球上采集氦-3矿藏，氦-3是比氘和氚更进一步更优质的核聚变材料，月球上储量丰硕，可以供人类利用1万年。是以，可控核聚酿成功推上贸易化运用，人类将丢弃持久吊挂在头顶的能源危机帽子，轻装上阵。
将来，可控核聚变可普遍用于发电、运输、航空、航天，将会鞭策人类文明的进级。有人认为，核聚变操纵将是人类进入核能时代和宇宙一级文明的标记，到了那时，只要携带很少的核燃料，就可以深空航行，飞得更快更远。
但核聚变不是人类能源开辟操纵的终点
畴前面说的来看，核聚变可以让人类文明晋升到一级程度。所谓一级文明程度，按照卡尔达舍夫宇宙三级文明理论，是宇宙最低一级文明，也叫做母星文明。作为人类，达到一级文明，就是可以或许完全掌控地球了。
一些科学家认为，人类文明此刻还处于0.73级摆布的阶段，要实现一级文明，还需要奋斗200年，而可控核聚变能源的操纵，就是要达到一级文明的前提前提。
卡尔达舍夫三级文明理论认为，文明进级的本家儿要度标是能量的利用量。此刻人类能量利用总量约2*10^13W/s（瓦/秒），达到一级文明需要利用的能量要达到1.74*10^17W/s，还需要增添8700倍。0.73级到1级还相差0.27级，也就是27个0.01点，8700倍开27次方，我们可以计较出每进级0.01级文明，能量需求增加约1.4倍。
而要达到二级文明，还相差1.27级，也就是127个0.01，按照1.4倍的127次方计较，人类要达到二级文明，能量利用总量还需要增添3万多亿倍。从这样复杂的能量增加天文数字，我们可以看出，仅靠核聚变能量来获得升到文明二级的能量只是杯水车薪，是远远不敷的。
那么人类将来能源的出路在哪里呢？
出路有良多，就是寻找新的能源，最终的方针就是最大限度获取太阳能源。我们知道，太阳每秒钟有420万吨的质量转化为能量，按照质能方程就是每秒钟释放出3.78*10^26W/s能量，地球可以从这些能量中接管到22亿分之一，就是1.74*10^17W/s。
其实这就是一级文明和二级文明的能量度标，也就是达到一级文明，耗损的能量要达到地球接管太阳总能量；达到二级文明，耗损的能量半斤八两太阳辐射总能量。是以，核聚变能源操纵只可以或许让人类进级到一级文明，而要达到二级文明，就是把地球全数榨干了，也无法知足这种能量需求。
那么将来的能量来自哪里呢？我想首先是人类经由过程对天然纪律更深条理的熟悉，在质能转换效率上有更大冲破。人类此刻质能转换获得的最大效率是核聚变，只占到质能转化率的0.7%，而反物质湮灭可以实现质量100%的能量转化。
那么在这0.7%到100%中心还有99.3%的质能转化率，人们还没有找到任何转换方式，将来有没有可能取得重大冲破呢？若是可以或许达到2%以上，甚至50%以上的质能转化操纵率，那能源操纵的前景就更广漠了。
但人类最终的能量来历仍是要依靠我们的母恒星~太阳，若是可以或许把太阳源源不竭的辐射收集起来，别让它华侈了，就可以或许获得实现二级文明的能量了。
戴森球是人类在太阳系的最终能源
戴森球理论是上宿世纪60年月，美国闻名物理学家，爱因斯坦曾经的助手弗里曼·戴森提出来的。这个理论的本家儿要内容是任何文明成长到必然阶段，都必需扶植一个庞大的球状壳体，将本身母恒星包裹起来，让恒星庞大能量全数为文明成长所用。这是宇宙一切文明升为二级的必由之路，也是人类文明进级的必由之路。
科学家们颠末计较，人类建造的戴森球半径应该在地球轨道摆布，也就是以太阳为中间，制造一个半径约1.5亿千米的球体，将太阳包裹起来。科学家们颠末测算，要扶植一个这么庞大的球体，需要拆解整个太阳系所有的行星，甚至连尘埃气体也不放过，这个壳体的厚度还只有几十厘米。
将来的人类将再也没有地球，而是借居在戴森球壳体从属的太空城中，而且依靠罗致太阳的庞大能量，不竭飞往深空进行星际移民。
这个伟大的构思在很多人看来，其实很是荒诞乖张，有些像痴人说梦。但很多科学家相信，这将是人类在太阳系的最后光阴最终出路，并且有的科学家对这种工程进行了可行性研究，认为完全可行。此刻科学界一般认为，人类要达到一级文明还需要200年，要达到二级文明还需要5000年。
曩昔，有过良多那时认为是天方夜谭的工作，过了一些年就当作为很通俗的实际。就如早几十年，人们连做梦都想不到手机遇当作为人人必备，可以与地球任何处所的人们视频聊天已经当作为常态。是以在将来几百年，甚至几千年，人类做当作戴森球有什么稀奇的呢？我坚信这一点，并且只有太阳庞大能量，才是人类最终走出太阳系最靠得住的来历。
今天就说到这，比来关于质能方程和能量的工作已经说了良多，可能本文有些并没有细讲，伴侣们若是要深切领会，可以查阅一下前面发的问答和文章。接待会商，感激阅读。
