Question

钢铁侠那种小型核聚变装置，人类何时才能制造出来？

Answer 1

能量是我们人类的生存与发展的基础，看上去人类的能量来源似乎多种多样，比如说煤、石油、天然气、水力、风力、太阳能、核电等等，但归根结底，除了核电之外，人类所需的所有能量其实都来自太阳，包括我们人类从食物中获取的能量也是如此。

平均每一秒，地球从太阳接收到的辐射能量就有大约1.73 x 10^17瓦，太阳一年传递给地球的能量之和，就相当于人类迄今为止已探明的化石燃料、铀矿等不可再生资源所产生的总能量的大约两倍，而实际上，地球只接收得到太阳总能量的20亿分之1左右。

太阳如此强大的能量，其实是来自于其核心的核聚变反应，正因为如此，可控核聚变也成为了人类梦寐以求的终极能源。虽然人类目前对这方面的研究还处于初级阶段，但在一些科幻作品早已出现了成熟的可控核聚变装置，其中最具代表性的应该就是钢铁侠了。

众所周知，钢铁侠拥有一个小型核聚变装置，目测直径不超过10厘米，根据相关介绍，该装置每秒钟能输出高达30亿焦耳的能量，从而为钢铁侠的神通广大打下了坚实的基础。

人类何时才能制造出钢铁侠那种小型核聚变装置？对此我们似乎可以认为，在人类目前研究的可控核聚变装置技术成熟之后，再将其小型化，就可以制造出钢铁侠那种小型核聚变装置了，但实际情况却并非如此，为什么呢？且看以下分析。

核聚变的原理其实很简单，那就是想办法将质量较轻的原子核“捏”在一起，使之聚变成质量较重的原子核（在这个过程中会有少量的质量会直接转化成能量）。

道理很简单，做起来就难了，毕竟我们并没有能够“捏”住原子核的“手”，当然了，太阳也没有，那太阳是怎么进行核聚变的呢？答案就是高温和高压，高温能够使原子核的动能更高，高压则能使原子核更加密集，当达到一定程度时，就可以点燃核聚变。

人类目前正在研究的可控核聚变装置采用的正是太阳的这种机制，当装置运行时，其中的等离子体温度可达上亿摄氏度，如此的高温是任何已知的材料都无法承受的，因此人们只能用强大的磁场对其加以束缚，而强大的磁场又需要超导材料，超导材料又需要超低温。

（图为ITER托卡马克聚变堆）

一方面要保持装置内侧的超高温，一方面又要保持装置外侧的超低温，其中难度可想而知，所以这种装置的体积也就很大，想要将其缩小成钢铁侠那种直径不超过10厘米小型核聚变装置，根本就是不可能的事。

也就是说，钢铁侠的小型核聚变装置只能在常温（或者温度不太高）的情况下点燃核聚变，而这也被称为“冷核聚变”。

在过去的日子里，还真的有人提出过冷核聚变，例如南安普敦大学的化学系教授马丁·弗莱西曼（Martin Fleischmann）和犹他大学的化学系主任斯坦利·庞斯（Stanley Pons）就在1989年公开宣称，他们在利用金属钯来电解重水的实验中，观测到了冷核聚变的现象。

钯（Pd）是46号元素，单质为金属，其原子晶格的基本结构如上图所示，弗莱西曼和庞斯认为，在用钯来电解重水的过程中，重水电解后生成的氘就会在电流的驱动下被大量地“塞”进金属钯的原子晶格中，从而发生核聚变反应。

遗憾的是，在后续的大量重复实验中，研究人员均未观测到可以确定的冷核聚变现象，因此弗莱西曼和庞斯的研究并没有得到科学界的认可。

在此之后，陆续又有人提出多种实现冷核聚变的理论，例如在富氢环境中加热金属粉末、在氘气中利用脉冲放电制造等离子体，然后让其轰击钯电极等等，虽然时不时地有人声称在实验中实现了冷核聚变，但是却无一例外地拿不出令人信服的证据。

综上所述，人类目前根本就找不到实现冷核聚变的方法，而人类目前正在研究的可控核聚变装置的体积又无法大幅度地缩小，因此可以说，至少在可见的未来里，人类都无法制造出钢铁侠那种小型核聚变装置，它只能存在于科幻作品之中。