1945年8月6日，美軍B29轟炸機在日本廣島拋下了人類歷史上首顆使用的原子彈“小男孩”。這顆用鈾235製造的原子彈相當於15000噸TNT炸藥，廣島被炸成一片廢墟，7萬人當場死亡，14萬人因燒傷或輻射死亡。
小男孩原子彈爆炸後的廣島
原子彈的使用促進了日本的投降，更讓世界各國領略到了這種超級的武器的厲害。隨後，蘇聯，英國，法國，中國先後爆炸了自己的原子彈與氫彈。
1.解放雙手的歷程
中國首顆原子彈爆炸場景
在人類的進化歷程中，“火”的使用，是絕對具有里程碑意義的事件。告別茹毛飲血，寒冷的冬日也能擁有溫暖，火的使用讓人類種群不斷擴大，並開始創造文明。而進入到文明社會以後，人類不斷地尋找用來解放雙手的能量。
第一次工業革命中蒸汽機火車頭
第一次工業革命以後，隨著瓦特蒸汽機的廣泛使用，以煤為代表的化石資源開始被人類使用。從此人類的生產生活開始告別水力、畜力與風力，逐漸解放了雙手。進行第一次工業革命的國家，其自身的“家庭手工業制”的生產模式開始轉變為大規模的工廠，人類開始進入“蒸汽時代”。
第二次工業革命中福特公司汽車流水線
隨著內燃機的發明使用，以石油為主要化石能源利用的第二次工業革命極大地推動了社會生產力的發展,促進了電力、汽車、化工等新興產業的誕生。從19世紀70年代至今，雖然人類生活方式可以稱之為翻天覆地，滄海桑田。但石油仍然是利用主要能源。但，化石資源畢竟是有限的！終有一天，地球上所有的煤炭、石油、天然氣都會被開採完。到那時，如何延續整個人類的發展？核武器或者說核反應給了人類希望。
2.天才與魔鬼僅是一步之遙1905年，這一年對在瑞士專利局工作的愛因斯坦來說是非凡的一年。儘管日常的工作平淡無奇，但這一年他卻在物理學上創造了豐富的成果。在他發表的五篇論文中，除了後來震動物理界的狹義相對論，還有一篇名為《物體的慣性是否取決於它的能量含量？》，正是這篇論文闡述了鼎鼎大名的質能方程。
質能方程為原子彈製造提供了的理論依據
E=mc^2，這個等式改變了人類對物質、能量的認識。我們開始認識到，靜止的物體具有其固有的能量並且質量與能量之間可以相互轉化。但這與原子彈、核武器仍相距甚遠！
鈾235裂變鏈式反應示意
在質能方程被提出的33年後，1938年，德國科學家奧托哈恩與斯特拉斯曼在通過中子轟擊鈾原子的實驗中發現，鈾原子在被轟擊以後可以裂變為兩個其他種類元素的原子核。其後，約里奧-居里夫婦證明了裂變產生的中子能夠引起鏈式反應。1939年，多國科學家對這一發現進行了實驗並驗證了反應所需的自持條件。同年，物理學家玻爾與惠勒完整闡述了核裂變發生的過程並指出產生裂變反應最好的元素便為鈾235。以上的發現為原子彈的製造提供了理論基礎。
網友將愛因斯坦p在美國核試驗場上
1939年，多名逃難至美國的德國科學家因擔心納粹製造出原子彈聯名上書美國總統羅斯福建議搶先製造原子彈。我們來解釋一下這個爆發出巨大能量的反應：重核原子經中子撞擊後，裂變成為兩個較輕的原子，同時釋放出數個中子，並且以伽馬射線的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子，從而形成連鎖反應而自發裂變。這個過程中會產生巨大的能量，鈾元素純度越高，產生的裂變反應時間越長，反應越徹底。因此製造原子彈所需的鈾或鈈元素要求的純度要在99%以上。
核武器爆炸產生的衝天水柱
那麼這種能放出巨大能量的反應除了製造武器之外，科學家自然會思考將其能量用作民用。1950年至今，人類已經建造了四代核電站。雖然70年來美蘇的核電站也曾出現過多起嚴重事故，但核電站的使用標誌著人類開始擺脫對化石資源的依賴。核電站的反應元素濃度不同於原子彈，一般在2-3%即可，不會產生完整的鏈式反應，並會使用重水石墨等對中子進行減速。
核電站運行原理示意
質能方程提出了質量能量的相互轉換，物質分裂可以產生能量，那麼物質的聚合也應該可以產生能量。1939年，美國物理學家貝特通過實驗證實，把一個氘原子核用加速器加速後和一個氚原子核以極高的速度碰撞，兩個原子核發生了融合，形成一個新的原子核——氦外加一個自由中子，在這個過程中釋放出了17.6兆電子伏的能量。太陽便是一個不斷發生核聚變的天體。這個反應本身不產生輻射，而且氫的同位素氘氚可從海水中提煉，可以持續使用上百萬年，相較裂變反應所需的稀少的鈾元素以及放射性汙染，核聚變簡直就是上天賜予人類能量的法門！
核聚變聚變反應過程
但這個反應所需的條件太苛刻了，他需要的高溫高壓條件只有核裂變才能滿足，而且一旦開始反應無法控制。因此，目前對核聚變的利用只限於氫彈。
3.人造太陽，夢想總是要有的！7 月 28 日，世界上最大的核聚變裝置——國際熱核聚變實驗反應堆（ITER），在法國南部正式開始組裝，這也標誌著新能源時代的開始。35 個合作國家的領導人通過視頻遠程參加了慶典。
托卡馬克裝置核聚變示意
從1939年以來，從磁性約束到激光約束，人類不斷探索可控核聚變的實現方式。上世紀 50 年代，蘇聯科學家首次提出了托卡馬克的概念——磁約束聚變。托卡馬克的中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。它的名字Tokamak來源於環形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、線圈(kotushka)。
托卡馬克裝置示意
核聚變能量研究一直是國際上廣泛合作的領域。ITER 項目於 2006 年誕生，35 個合作國家包括歐盟成員國（加上英國和瑞士）、中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國。這些國家總計擁有世界 50% 以上的人口，全球 80% 以上的國內生產總值（GDP），彙集了大量的專業知識和資源，使建造世界上第一個具有工業規模的核聚變裝置成為可能。法國是東道國。歐盟、英國和瑞士是東道主成員國，它們為 ITER 項目提供了 45% 的資金。其他成員國各出資 9%，即美國、中國、日本、俄羅斯、印度和韓國。
ITER 構造解析
ITER 成員國的貢獻約 90% 以實物形式提供，增加了這個多重機器的國際複雜性。這個機器被稱為托卡馬克（Tokamak），它來自俄語，意為“磁環”。完成後的托卡馬克將由 100 多萬個部件組成。2006年9月28日，中國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置EAST實現了第一次“點火”——激發等離子態與核聚變。很快，它就實現了最高連續1000秒的運行，這在當時是前所未有的成就。
中國EAST人造太陽裝置照片
人類目前所能利用的任何能源，或者說人類自身都來源於太陽。人類每一次能源革命都伴隨著強國的擴張，人造太陽的成功必將敲響現有社會發展模式的喪鐘。甚至對於地球的命運，都有著重要的意義，如果有一天太陽的聚變開始減弱或者停止，我們是否能不用再流浪！
