朋友们好！你能想象不用超导托卡马克，不用激光点火装置，直接用“气枪”点燃氢聚变发电吗？英国一家初创公司初生牛犊不怕虎，正在进行这一惊人的壮举，并且得到了诺贝尔物理学奖得主，政府首席科学顾问等一众大佬的支持。最令人吃惊的是，这种看似极度“原始”的点火方式，竟然已产生了可检测到的聚变反应，不得不说，我的脑洞已经不够用了，下巴就要脱臼了。今天我们就来好好地掰一掰，这种奇葩的核聚变，看看它要怎么点燃，究竟有没有成功的可能！

核聚变

为了让你更容易啃后面的硬骨头，我们先来铺垫一下，科普一下核聚变发电的主要知识点。首先你可以想象一下，你拿着两个磁铁，把它们同极性的一端互相靠近，靠得越近排斥的力量会越大，理论上不管你用多大的力，都不可能让它们完全接触。

那么核聚变呢？就是你拿着两个原子核，让它们互相靠近，由于原子核都带正电，所以它们也会互相排斥，靠得越近，斥力越大。但原子核不像磁铁那么死板，它们比较识时务，如果你犟得不可理喻，非得让它们靠在一起，它们也会自找台阶，瞬间改变主意，干脆融合在一起形成另外一种元素，但会损失一小部分的质量，根据爱因斯坦质能方程E=mc^2，这些质量会变成巨大的能量释放出去。

把两个原子核结合在一起的力量叫强力，只在很小的范围内发挥作用，这就像男女之间的爱情，本来是人海茫茫，擦肩而过，距离遥远，形单影只，谁也不鸟谁，但一旦到达了强力作用的范围，不管是你们偶然相逢，还是被媒婆强烈撮合，就会暗生情愫，改抗拒为逢迎，嗖的一声投入彼此的怀抱，释放出激烈的爱情火花。同时你们也会改变性质，从单身汉影只女，变成幸福的一家人，这就是核聚变，如果没有第三者来插足，让你们发生核裂变，你们就会被爱情的强力，永远锁定在一起，直到地老天荒，时间迢遥，宇宙热寂。

所以核聚变，顾名思义，就是让原子核聚在一起发生变化。前面说的有点不正经，正经来说，由于原子核带正电，受库仑力作用相互排斥，而强力的作用范围非常小，要让两个原子核接近到这个范围非常困难，在常规条件下根本不可能，这就是你之所以存在，我们这个世界之所以存在的根本原因，要是两个原子核可以随随便便就结合在一起，那整个宇宙很快就会全部粘成一团，不会再有世间万物了。

托卡马克

那究竟要怎样才能让两个原子核相互接触呢？一个办法是把物质加热到很高的温度，让原子核和电子分开，形成等离子体，里面的原子核就有机会互相靠近，只要温度、密度和维持时间合适，总有一些原子核，会有机会融合在一起，释放出巨大能量，从而加速更多的原子核，最终形成能够自持的核聚变反应。

太阳和其他恒星内部发生的就是这种核聚变，它们靠巨大的重力把等离子体封闭起来，形成高温高压的环境，从而让质子（原子核）有机会融合，源源不断地释放出能量。

被认为最有希望的人造太阳托卡马克装置，也是利用的这个原理，只是科学家们没法用重力，而是用磁场来封闭等离子体，这叫磁约束，所以托卡马克装置最重要的参数就是巨变三重积——温度、密度和约束时间的乘积，需要达到3x10^21千电子伏特·秒/立方米，才有可能实现商业核聚变。

所以你光看温度没有用，美国和日本的托卡马克1990年代就达到了5.2亿度，也没有发生聚变反应；光看约束时间也没有用，中国的东方超环2021年创造了1056秒的世界纪录，也没有发生聚变反应，因为温度只达到了0.7亿度。事实上目前最高的托卡马克三重积纪录，还是1996年日本JT-60U创下的，1.53x10^21千电子伏特·秒/立方米。目前唯一设计要求就达到三重积的，只有国际热核聚变装置（ITER），时间可能要到2035年以后去了。

但这种方法能不能取得成功还是一个未知数，因为这三个条件非常微妙地联系在一起，要让托卡马克平衡运转非常困难，一不注意等离子体就散了，所以你看温度高了，约束时间就短，约束时间长，温度就不能很高，要提高三重积，就得大把大把地烧钱，烧超导磁铁，烧电费，即使烧了钱，也不见得就能看到想要的结果。

因为磁场对等离子体的约束，比起太阳内部的重力约束只能说略胜于无，比如中国东方超环如此强大的磁场，中心等离子体密度也只有2×10^19个电子/立方米，和保温瓶的真空差不多，与太阳中心密度150吨/立方米比起来，不知差了多少万亿倍，原子核要想聚在一起，困难可想而知。

美国、日本、欧洲在1990年代就达到了托卡马克的顶峰，意识到只有建造更大的装置才有可能点燃氢聚变，但一个国家显然没有那么多钱来烧，于是联合起来搞国际热核聚变装置，后来中国和韩国加入，这时候超导和磁体技术也有了巨大进步，两国分别建造了两个更先进的托卡马克装置，东方超环和KSTAR，来为ITER提供实验和技术支持，可控核聚变技术也得以迅速发展，并且储备了大量人才，为未来ITER一旦成功，就迅速转化为生产力奠定了基础。今年10月，更先进的日本JT-60SA也已建成开始实验。

激光点火

另外一种让原子核靠拢的方法，就是像太阳一样，把它们压缩，压在一起，这叫惯性约束。美国1990年代看托卡马克实在没戏，也没什么能做的了，就建了一个激光装置——国家点火装置，希望通过激光压缩，把原子核聚在一起点燃氢聚变。这里简单说一说为什么要用氢，而不用其他碳、氧什么的，因为氢原子核只有一个质子，排斥力弱一些，更容易靠在一起，用其他的就得几亿度几十亿度的高温，现有技术几乎无法达到。

这个装置本来是为研究核*器武**用的，结果有心栽花花不开，无心插激光反而结出累累硕果，从去年底到现在，国家点火装置已经4次点燃氢聚变，获得了胶囊处的净能量收益，可以说是实现了从零到一的突破。

具体方法就是用强大的激光从四面八方同时射向核燃料，将其压缩内爆，产生高温高压，让原子核互相靠拢，从而更容易融合在一起，简单粗暴。取得突破后，这个月美国已宣布在全国建三个聚变能研究中心，集合几十家科研机构和能源公司的力量，全力开展激光聚变的研究，开始在另一条赛道上奋力一搏，希望最终能建成核聚变发电厂。

“气枪”点火

现在总结一下，前面我们讲了核聚变、磁约束，惯性约束及核聚变发电研发主线，差不多也是我们普通人应该了解的，人造太阳核聚变发电的主要知识点了，下面再说英国这个奇葩的核聚变，你肯定分分钟就明白了。

这个奇葩的“气枪”点火和激光点火类似，只是不用激光用气枪。英国这个初创公司叫初光聚变（First Light Fusion），创始人兼首席执行官是尼克·霍克（Nick Hawker），这位老兄突发奇想，要用弹丸代替激光来撞击核燃料胶囊，从而将其压缩内爆，点燃氢聚变。

具体来说，初光聚变的方法是将弹丸加速到极高的速度，撞击反应室里被称为“放大器”的立方体，由于冲击波是非线性的，可以通过表面反射、穿过介质，及本身的相互作用而增强和聚集，最终转化为更强大的冲击波，撞击到核燃料芯块上，导致其内爆点燃氢聚变。

更具体来说，从图上我们可以看到，放大器类似于国家点火装置中，放置核燃料胶囊的环空器，两者大小都差不多，只是环空器是圆柱形的，放大器是立方体，边长1厘米。环空器的核燃料胶囊是球形的，放在中间，放大器中的核燃料胶囊是更小的立方体形状，放在放大器的一侧。

更更具体来说，初光聚变的聚变装置有15米高，下面是圆柱形的反应室，里面是液体锂，只在上方有一个小孔。装有燃料的放大器被推送到管道中，自由落体进入反应室，高速弹丸从同一根管道进入，追上弹丸，撞击点火，引爆胶囊，释放出巨大能量，加热液体锂，通过交换器将热量传递给水，产生蒸汽，推动涡轮机发电。是不是有点像内燃机的点火？

这样的过程每30秒重复一次，相当于不断地引爆一颗颗微型*弹氢**来发电，初光聚变的目标是建设一座150兆瓦，成本低于10亿美元的核聚变发电厂。

能否实现？

怎么样，你看懂了吗？PPT容易画，但做起来肯定很难，和国家点火装置一样，激光点火有两个难点，激光脉冲的微小变化，和燃料胶囊的微小缺陷，都可能导致不完美的内爆，从而导致核聚变失败。初光聚变的气枪点火也有两个难点，一是弹丸速度，二是放大器的设计，尤其是放大器的设计更是关键中的关键，初光聚变将其列为极度机密，目前没有更多的信息透露，只说是借鉴了螳螂虾螯足的原理，通过空泡坍缩来制造冲击波，这个视频是具体的过程，朋友们可以认真看看。

在弹丸速度上，初光聚变在2021年11月，就已借助一个两级气枪装置，将氢气压缩到10000倍大气压，推动弹丸加速到了每秒7公里，是音速的20多倍。据称就是在这次试验中，产生了可检测到的核聚变反应，得到了众多大佬的支持，包括美国能源部前部长，1997年诺贝尔物理学奖得主朱棣文，著名等离子体物理学家史蒂文·罗斯，及曾任英国政府首席科学顾问的，大卫·金爵士等人，并且已和英国能源局签署协议，建造*四代第**核聚变装置。

然后他们的计算表明，要实现净能量收益，弹丸需要达到60公里/秒的速度。目前他们已建造的第三代设备“3号机”，利用电容在百万分之一秒放电产生的磁场，可以将弹丸加速到20公里/秒。下一代的“4号机”，将成为世界上最大的脉冲功率发生器，可以将弹丸加速到60公里/秒，这样的速度在大气层外发射的话，弹丸将在不到两小时内到达月球，和现在最强大的飞船需要几天相比，可以说是天壤之别了。目前类似设备的纪录，是美国桑迪亚国家实验室的，Z机器1998年创造的，45公里/秒，并且该设备也在用于研究惯性聚变。

所以这个奇葩的核聚变虽然看起来奇葩，但科学原理上是没有什么问题的，反正就是想方设法，让两个原子核融合在一起，组建一个个新的家庭，杀猪杀屁股，各有各的杀法，究竟能不能成功，我们就只有等待时间去检验了。