如何看待英国牛津一实验室取得的核聚变发电突破，在实验中达到了 11 兆瓦的输出功率？
核聚变发电的“圣杯”之争
首先，我们得明白，核聚变是什么。它与我们目前最常听到的核裂变（如核电站使用的技术）不同。核裂变是原子核分裂成更小的原子核，释放能量。而核聚变，顾名思义，是两个轻原子核（通常是氢的同位素氘和氚）在极端高温高压下结合，形成一个更重的原子核（如氦），同时释放出比核裂变更巨大的能量。
想象一下太阳，它的核心就是一座巨大的天然核聚变反应堆，正是这种聚变反应提供了我们赖以生存的光和热。科学家们一直在努力模拟并控制这种过程，希望将其转化为安全、高效的地球能源。这就是我们常说的“人造太阳”的梦想。
核聚变发电之所以被视为能源领域的“圣杯”，是因为它具备几个颠覆性的优势：
燃料丰富： 氘可以从海水中提取，几乎取之不尽。氚相对稀少，但可以通过锂原子在中子轰击下产生，而锂在地壳中的储量也相当可观。
清洁能源： 核聚变反应不产生温室气体，主要的副产物是氦，这是一种惰性气体，对环境无害。
安全性高： 与核裂变相比，核聚变反应堆更不容易发生失控的链式反应，即使出现故障，反应也会自然停止，不会像核裂变那样产生长期、高放射性的核废料。虽然会有一定量的中子活化物质，但其衰变期和放射性强度都远低于核裂变废料。
能量密度巨大： 核聚变释放的能量是相同的质量的化石燃料的数百万倍。
牛津实验室的“磁约束聚变”新篇章
这次牛津大学实验室取得的突破，是基于一种叫做磁约束聚变（Magnetic Confinement Fusion, MCF）的技术。简单来说，就是利用强大的磁场来“约束”极高温的等离子体（核聚变反应发生的介质，其温度可达上亿摄氏度，远高于太阳核心）。为什么需要磁场？因为没有任何固体材料能承受如此极端的温度，磁场就像一个无形的“容器”，将高温等离子体与容器壁隔离开来。
在磁约束聚变领域，最常见的装置是托卡马克（Tokamak）。托卡马克是一个环形的装置，通过一系列复杂的磁线圈产生强大的磁场，将高温等离子体稳定在环形空间内，并加热到足以引发聚变反应的温度。
而牛津大学这个实验室，他们使用的是一种仿星器（Stellarator）的改进型装置，或者说是在托卡马克的概念基础上进行了一些创新性的设计。虽然具体技术细节可能需要查阅更专业的论文，但从公开报道来看，他们的核心成就是：
输出功率达到11兆瓦： 这是衡量聚变反应是否能产生足够能量的关键指标。这意味着他们的实验装置在一定时间内，成功地产生了11兆瓦的净能量输出。需要注意的是，“输出功率”在这里通常指的是聚变反应本身产生的功率，而不是整个装置消耗的功率。要实现真正意义上的“发电”，还需要考虑能量的转化效率以及能否持续稳定地产生能量。
比率提升： 这个11兆瓦的输出功率很可能是相对于输入功率而言的。在核聚变研究中，一个重要的指标是Q值，即聚变产生的功率与用于加热等离子体和维持反应所需的功率之比。如果Q值大于1，就意味着聚变反应产生的能量大于消耗的能量，这是实现净能量增益的关键。虽然报道中没有直接给出Q值，但达到11兆瓦的输出功率，很可能意味着Q值有了显著的提升，甚至可能已经实现了Q>1的净能量增益。
为什么说这是一个“突破”？
虽然核聚变研究已经进行了几十年，也有一些国家和项目取得了阶段性成果，例如中国的“东方烯旺”装置、国际上的ITER项目等，但牛津实验室这次的成就之所以被视为突破，可能有以下几个原因：
1. 输出功率的量级： 11兆瓦是一个相当可观的数字，相比于一些早期实验装置的毫瓦级甚至瓦级输出，这是一个巨大的飞跃。这表明他们可能在等离子体约束的稳定性、温度和密度等方面取得了关键性的进展，使得聚变反应能够更有效地进行。
2. 装置或技术的创新： 实验室可能采用了新的磁场配置、等离子体加热技术、或者新的材料应用，这些创新点使得他们在能量输出上取得了更优异的表现。例如，他们可能在等离子体湍流控制、壁面材料的稳定性方面有独到之处。
3. 为未来商业化铺平道路： 达到一定的输出功率，并且具备向商业化迈进的潜力，是核聚变领域研究的重要目标。这项成果可能预示着他们能够更快地接近实现商业核聚变发电所需的能量输出水平。
4. 不同于ITER的路线： ITER是目前全球规模最大、最受瞩目的核聚变项目，它采用的是相对传统的托卡马克方案。而牛津实验室的成果，如果基于的是一些非主流但有潜力的技术路线（例如更紧凑的仿星器设计、或是有别于传统托卡马克的磁约束方案），那么它将为未来的核聚变技术发展提供更多元化的选择。
挑战依然存在，但希望就在眼前
当然，我们也要保持清醒的头脑。实现11兆瓦的输出功率，距离商业化发电还有很长的路要走。主要挑战包括：
能量增益的持续性： 即使能产生11兆瓦的功率，是否能够持续稳定地输出？如何让能量输出远大于输入，以实现经济效益？
材料科学的瓶颈： 聚变反应会产生大量的快中子，这些中子会对装置的材料造成严重的损伤，需要开发能够承受这种极端环境的材料。
tritium循环与增殖： 氚是一种放射性物质，其生产、管理和循环利用是核聚变发电的关键技术难题。
工程放大与成本控制： 将实验装置放大到能够满足商业发电需求的规模，同时控制建设和运行成本，是最终能否实现商业化应用的关键。
尽管如此，牛津实验室的这项成果无疑是一个令人振奋的信号。它证明了科学家们在理解和控制核聚变反应方面不断取得进展，也为解决人类能源危机和应对气候变化提供了越来越有希望的解决方案。每一次这样的突破，都将激励更多的人投入到这一伟大的事业中来，一步步将“人造太阳”的梦想照进现实。这不仅仅是一项科学实验的成功，更是人类智慧和毅力的又一次辉煌体现。
网友意见
这次实验是在 2021 年 12 月 21 日进行的，取得了符合预期的结果：
- 欧洲联合环状反应堆（Joint European Torus，JET）中的聚变等离子体在 5 秒时间内总输出 59 兆焦耳，平均输出功率约 11 兆瓦。
- 加热核燃料所用的平均输入功率约 33 兆瓦，以此计算的聚变能增益系数 Q=0.33（输出能量为输入能量的 33%）。
这是大家熟悉的烧钱吃电核聚变，而且维持整个系统需要的输入能量不止这么多，你可以看看它巨大的电磁铁和水冷设备。我认为这个实验的真实 Q 值不到 0.05。
JET 在 1997 年加热核燃料所用的平均输入功率为 24 兆瓦时产生了 16 兆瓦的峰值输出功率，以此算出 Q=0.67（你可以看出这个算法有多自欺欺人），这在很长时间里是可控核聚变装置在实验中取得的最高 Q 值，直到 2021 年美国国家点火装置的激光聚变实现了 Q=0.7。当然，后者在发电方面的可用性低得扯淡，主要功能是研究热核炸弹。
这次实验的输出能量超过了 JET 1997 年实验输出的 21.6 兆焦耳，但峰值功率不如 1997 年。EUROfusion 已经决定 2023 年让 JET 退役。
JET 在这次实验中使用由等量的氚和氘制成的聚变燃料，ITER 也将使用这种燃料。
看这个样子，如果物理模型没问题，ITER 可以让输出能量超过输入能量。按欧洲这种算法，ITER 会在 Q=7 时达到基本平衡，在设计上的 Q=10 时体现“可控核聚变是可以对外供电的”，ITER 不打算真正接入电网。
2022 年初，ITER 的散热工程问题尚未完全解决，到时候究竟能实现多大的聚变能增益系数、经济性如何、第一壁的更换怎么搞之类问题要走一步算一步了。如果这里面又搞出了新物理，那么 ITER 就要被绿色和平之类吊起来喷几十年了。
我还是建议搞核爆锅炉。
关键有两个，一个是q值，也就是输入能量与输出能量的比值，不说输入能量大小，就无法确定其成果大小。另一个更重要，是可控。这聚变，它可控吗？可控吗？可控吗？
我根本不相信英国伞兵们能有实质性突破，把新闻原文拿过来，我自己读。
（对原答案第一次补充）
原文来了，q值0.33，还早着呢……
1，q值不过百就没有商用价值。
2，我个人认为可控核聚变在中长期未来都无法商业实用。走着瞧。
原因是第一材料壁等材料问题无法解决。物理狗们要是觉得自己有本事，先实现磁流体发电的商业实用吧。吹牛逼骗经费这么多年，不还是死在电极材料上。连磁流体发电机的电极材料都搞不定，还想搞什么核聚变……
（对原答案第二次补充）
既然大家对这个话题感兴趣，那么就补充说明一下，以下是个人意见
（1）可控核聚变的不可逾越的困难，在于极高温中子对内壁材料的轰击，使得内壁材料变质。 @小侯飞氘 等答主描述过相关研究，但是他们有意无意地掩饰了他们所遇到的困难的大小。
我们生活中应用的一切材料，尤其是需要一定强度的材料，其原子分子都是互吸而成形，如同米粒互吸形成粽子。（注:“强度“是个科普用语，可以理解为材料的硬度和韧性的综合，在更高深的力学中，它涉及到材料的杨氏模量、剪切强度、屈服强度等诸多具体参数，在本文中，我们理解到硬度和韧性这个层次就足够了）
“米粒“（原子离子分子们）相互吸引力大体是:
普通分子间作用力
氢键（一种特殊的分子间作用力）
化学键（又分为离子键共价键金属键）
其中，后者比前两者强得多，所以高强度材料中的“米粒”都是以化学键直接互吸形成。其中，各种金属材料中的金属离子们以金属键互吸成形（与小朋友玩的颗粒橡皮泥极其相似！极其相似！！），韧性极好，可修复性极强，是其他材料完全不可比拟的，所以如果我们需要材料具有好的韧性和可修复性，各种金属和合金材料是高强度材料研究的重中之重，几乎是超高强度材料研究的唯一方向。
化学键的强度是有上限的。各种化学键的键长，键能，各种单质和化合物以及合金的生成焓、熵、自由能、相图，都可以在化学手册或材料手册中查到，就是这些参数决定了化学键的强度上限，也决定了各种材料的强度的上限。
事实上，主要由于各种结构缺陷的存在，现实中材料的实际强度远低于理论上限值。无论是实际强度的上限，还是理论强度的上限，在材料学相关领域的专家来说，都是最重要的常识（是常识！），如同我们对于成年人身高体重的上限的估值。
物理学家有意隐瞒这个常识。因为这个常识会告诉我们，可控核聚变所需的各种材料，我们永远也发现不了，发明不了，找不到，制造不出来。因为打比方说，假如化学键的强度如同胶水，核聚变等离子体中释放出的高能中子的冲击力就像是彗星。我们对直接面对中子冲击的第一材料壁的期望，其本质就是:当彗星撞向地球时，我们希望能用最好的胶水把最好的大米粒粘成一堵墙，把万千颗彗星的冲击力持续接化发，而且这堵大米墙可以持久工作几年十几年。
这可能吗？
我说可控核聚变不可能实现，正是因为我了解科学，而不是因为我不了解科学。评论区怼我的那些民科，先去考个相关专业研究生专业课考试过线，至少是大学化学专业课及格再回来说吧。
所以我的指责不是面向民科的，而是面向全体物理学家，尤其是可控核聚变研究方向上的全体物理学家的:你们要是不知道这件事，那就是太蠢，如果知而不言，那就是太坏。无论是蠢是坏，都是对人民的犯罪，对人类的欺骗。你们恶意骗取了别人的劳动成果。
（2）孤证不立。我还有另一个证据。
那就是磁流体发电。高中物理课就已经介绍了磁流体发电的原理，更详细的介绍大家可以百科一下，这就够了。磁流体发电实用化的研究非常早，一直失败直到今天。为什么？最大的原因就是因为找不到合适的电极材料。科学家们所能找到想到的任何材料，都会在高温等离子体的冲击下迅速腐蚀，以至于失去了起码的实用性。到今天，科学家们已经绝望:他们所希望的材料是永远找不到的。所以磁流体发电研究已经变得冷门，再也申请不到研究经费了。
其实，“磁流体发电机所需的实用电极材料永远找不到”这个命题，几乎不用做实验验证，一位合格的材料学家通过他的常识就可以做出判断（我也能够做出这个判断，在此就不详细说了，如趣另述）。为什么物理学家从来不主动发表这个判断呢？他们是太蠢？还是太坏？
如果说上亿度的等离子体（中子）对化学键的冲击如同彗星冲击胶水米粒墙，那么，等离子体发电机中，只有几千度高温的等离子体对化学键的冲击，也就是铁锤冲击胶水米粒墙而已。
如果你邻居家的傻儿子多年练习金钟罩铁布衫，但是连一铁锤都挡不住，他今天突然来跟你说，只要给他点研究经费，他就买来大力丸，就能挡住彗星冲击，你觉得这傻子是进化成骗子了，还是退化成骗子了？
我说完了。
（3）物理学家整体道德沦丧不是一天两天，更不是个别现象。都说生物狗p图，化学狗水论文，这当然都是很坏的人和事，但其实各学科狗中，最脏最黑、坏人最多的就是物理狗。如果读者感兴趣，下次答案补充时，我再在这个方向上补充说明。
如果有科学界同行对我的（1）（2）有疑问，我们都可以去查数据，做计算。
此致
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