最强大的能源是什么

太阳能。

太阳能是地球上分布最广（几乎覆盖全球每个角落），储量最大的能源。（夏季太阳辐射最高）

太阳能作为一种有机能源，从地球诞生的那一刻起，就一直为地球服务着。现今地球上的其他能源，例如煤炭，石油，天然气等，其本质都是源自于太阳能。

太阳能如果合理利用，将是取之不尽的廉价能源。在中国西藏地区，就有专门利用太阳能加热食物的太阳灶，以及太阳能发电站。

太阳能能量强大，如果将太阳光束集中在一点，就能使该区域温度急剧上升，甚至能达到几百摄氏度的高温，强烈的太阳辐射可以杀死细菌和病毒。太阳能还可以做其他很多的事情，它等待着我们去开发。

动植物的生长、人类的活动都无法离开太阳。这个发光发热的大火球已经存在了50亿年之久。你是否了解太阳？人类是否能够从距离地球1.5×108km的太阳上获取所需的能源？

答案是肯定的。

地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能等能源都来自于太阳，即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等），从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。

世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球攫取的太阳辐射能通量为1.7×1014kW，比核能、地热和引力能储量总和还要大5000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间，47%转变为热，以长波辐射形式再次返回空间，约23%是水蒸发、凝结的动力以及风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接收的太阳能总量为10×1018kW?h，相当于5×1014bbl原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍，正如通常所说的“取之不尽、用之不竭”。虽然太阳辐射能的通量密度较低，太阳光通过大气层会进一步衰减，还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响呈现间歇性质，但如果系统配置储热装置，做到热能能级的合理匹配，就可以使太阳能发挥最佳效益。在能源和环境问题日益凸现的今天，太阳能作为一种可再生的清洁能源被人们誉为21世纪最有希望的能源（赵斌等，2012）。

太阳能是指太阳的热辐射能，主要表现形式为太阳光线。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。太阳能是由太阳内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的辐射能量。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳；植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳，并将太阳能转变成化学能在植物体内储存下来；煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的。此外，水能、风能等也都是由太阳能转换来的。

生命自地球上诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

一、太阳能的特点

（一）太阳能的优点

（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制。无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。

（2）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130×1012t煤，其总量为现今世界上可以开发的最大能源。

（4）长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，其氢的储量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

（5）经济：太阳能的长期发电成本低，是21世纪最清洁、最廉价的能源。

（二）太阳能的缺点

（1）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1m2面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能量密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的收集和转换设备，造价较高。

（2）不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即将晴朗白天的太阳辐射能尽量储存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

（3）效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低、成本较高，总的来说经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约（闫云飞等，2012）。

二、太阳能的分布

我国幅员辽阔，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为50×1015MJ。全国各地太阳辐射总量为3350～8370MJ/cm2，平均值为5860MJ/cm2。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。青藏高原地区的太阳辐射总量最大，四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小（王峥等，2010）。

我国太阳能资源分布的主要特点有：太阳辐射总量的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆地区之外，基本上是南部低于北部；由于南方多数地区云、雾、雨多，在北纬30°～40°地区，太阳辐射总量的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增加。按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为5类地区（表4-1）。

表4-1　我国太阳能分布状况（据王峥，2010）

一类地区：年日照时数为3200～3300h，年辐射总量为6690～8360MJ/cm2。相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。这是我国太阳能资源最丰富的地区，与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。特别是西藏，地势高，太阳光的透明度也好，太阳辐射总量最高值达9210MJ/cm2，仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位，其中拉萨是世界著名的阳光城。

二类地区：年日照时数为3000～3200h，年辐射总量为5852～6690MJ/cm2，相当于200～225kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地，此区为我国太阳能资源较丰富区。

三类地区：年日照时数为2200～3000h，年辐射总量为5016～5852MJ/cm2，相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。

四类地区：年日照时数为1400～2200h，年辐射总量为4180～5016MJ/cm2。相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以。

五类地区：年日照时数约1000～1400h，年辐射总量为3344～4180MJ/cm2。相当于115～140kg标准煤燃烧所发出的热量，主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。

一、二、三类地区，年日照时数大于2000h，年辐射总量高于5852MJ/cm2，是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的2/3以上，具有利用太阳能的良好条件，四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。

三、太阳能的利用

太阳能的利用是指太阳能的直接转化和利用。中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目前，我国已是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家以及重要的太阳能光伏电池生产国。

（一）利用太阳能的方式

太阳能的利用主要包括光—热转换、光—电转换和光—化学转换三种方式。

1．光—热转换

太阳能的光热利用是最主要的利用方式，其基本原理是将太阳辐射能收集起来，直接或间接转化成热能加以利用。其中太阳能的收集装置——太阳能集热器（图4-1），是太阳能热利用的核心。目前使用最多的太阳能集热器为平板型集热器和聚焦型集热器。

图4-1　太阳能集热器的原理

太阳光热利用根据所能达到的温度和用途的不同，又分为低温利用（＜200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（＞800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等；中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等；高温利用主要有高温太阳炉等。

太阳辐射光源透过玻璃盖板，被太阳能热水器集热板吸收后沿肋片和管壁传递到太阳能热水器吸热管内的水。太阳能热水器吸热管内的水吸热后温度升高，密度减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终太阳能热水器整箱水都升高至一定的温度。现有的平板式太阳能热水器集热器，基本上都采用结合良好的多管组合方式，如滚压或压延方法等，其中走水管子与吸热板之间的热阻几乎可以忽略。影响平板式集热器板芯性能的主要因素，一是结构设计，二是表面吸收涂层。

太阳能热水器的技术要求不高，但其经济性、实用性却很高。近年来在中国，太阳能热水器生产企业已超过千家，年产值超过1000万元的较大型企业约100家，从事生产的职工包括营销人员超过50万人。中国已成为全世界太阳能热水器年产销量及保有量最大的国家。但家庭太阳能热水器全国平均普及率仍未超过10%，所以很有市场前景（官贞珍等，2009）。

2．光—电转换

未来太阳能的大规模利用是太阳能发电。利用太阳能发电的方式有多种，目前已经使用的主要有以下两种：（1）光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。（2）光—电转换。其基本原理是借助光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，即太阳能光伏发电，其转换元件为太阳能电池（图4-2）。

将太阳能转化为电能，一直是人类美好的理想。1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一块单晶硅太阳能电池，从此，人类这一理想就逐渐转变为现实。太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，是由各种具有不同电子特性的半导体材料制成的平面器件，具有强大的内部电场。内部电场在太阳光的照射下，发生了电子和空穴的分离，电子和空穴分别向两个相反的方向移动，正、负电荷分别聚集而产生电动势，即在太阳能电池的正面和背面之间产生电压，接通外电路后就能输出直流电流。近年来，太阳能电池已发展为以硫化镐、砷化稼等新型半导体材料为基础的无机太阳能电池和以份菁（又称都花菁）、酞菁及叶绿素等为基础的有机太阳能电池。太阳能电池的效率（即光能转化为电能的比例）也得到很大的提高，例如单晶硅太阳能电池的效率从最初的6.0%提高到24.7%；薄膜碲化镉太阳能电池的效率为16.4%；在单晶硅片上、下表面分别沉积P型和N型非晶硅薄膜制成的HIT型电池，效率已达21.0%。当今世界上光电转化效率最高的当属砷化镓多结太阳能电池，它在聚光265倍的阳光条件下，光电转化效率已高达35.0%，并向40.0%的高峰攀升。

图4-2　太阳能电池及其原理

太阳能电池的应用非常广泛，可较好地应用于交通工具。美国研制了一种新型的太阳能电池驱动的飞行器，称“太阳神原型机”。该机质量只有700kg，翼展74m，机翼上面装有6.5万块太阳能电池板，首次试飞就成功地升到24.7km的高空，理论飞行高度可达30.9km。该飞行器的研制是航天航空技术领域的一次革命，显示了太阳能电池在飞行器上的广阔应用前景。太阳能电池在车、船上的应用研究也相当成功，例如，日本京瓷株氏会社和Kitami理工学院共同研制开发的太阳能汽车“蓝鹰”号，在第五届世界太阳能汽车拉力赛上表现非常突出。澳大利亚的太阳能汽车Aurora101，外形新颖别致，像个飞碟，行程3010km，仅耗时41.1h，平均速度达72.96km/h。2013年12月15日，中国首辆月球车“玉兔号”顺利在月球着陆，玉兔号就是通过太阳能电池板（由两个太阳电池阵、一组锂离子电池组、休眠唤醒模块、电源控制器组成），利用太阳能为车上仪器和设备提供电源，耐受月球表面真空、强辐射、-180～150℃极限温度等极端环境，显示了太阳能电池在我国航空航天事业上的应用，为中国探月科技发展进步做出重大贡献。这都充分显示了太阳能电池的广阔应用前景（胡赛纯等，2003）。

太阳能电池也能向建筑供电，其形式非常灵活，既可安装太阳能电池屋顶，也可将房屋的墙壁做成太阳能幕墙，或将窗台做成太阳能窗沿。安装在美国纽约第四时代广场3548层的太阳能幕墙为整栋大楼提供了1.5%的电力，而目前太阳能利用最常见的形式是将太阳能电池铺设在倾斜的屋顶上。

太阳能电池的应用远不止上述各方面，自1973年能源危机爆发后，太阳能电池的应用领域不断扩展。目前，已建立了很多完全由太阳能电池供电的设施，如微波中转站、航海灯塔、路灯、捕虫器、公共汽车站牌等等，太阳能电池的应用可见一斑。

由于太阳辐射的能量密度低且不稳定，易受地域和气候条件影响，导致其收集、存储装置制造成本高，且转换效率低，太阳能发展经过多次的高潮低谷。而光电作为唯一一种能满足全球长期能源需求又不会排放温室气体及污染物的能源技术，必将带来太阳能的持续繁荣。随着人类对能源需求的日益增加以及环保压力的不断增大，相信不久的将来，人们对化石类能源的依赖性将逐步转向太阳能（段晓飞，2010）。

3．光—化学转换

光化学过程是地球上最重要的化学过程之一，它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。其中光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质和能源来源，其实质是植物、藻类和某些细菌通过叶绿素，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物（如淀粉），并释放出氧气的过程（图4-3）。所谓“万物生长靠太阳”，光合作用对制造有机物（为人类和动物提供食物）、储存太阳能、维持地球碳氧平衡和生物进化具有重要意义。

光合作用是把太阳能以化学能形式储存在生物中的一种生物能，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像相当于目前人类消耗矿物能的20倍。在各种可再生能源中，生物质能是储存的太阳能，更是唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。据估计，地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t，含能量达3×1021J。由此可见生物能具有巨大的潜力，只要充分开发利用，能源问题将不再是难题。

光电化学反应是指光照后就能引发的电化学反应。光电材料经光线照射后，如果光的能量大于光电材料本身的电子能隙，就能把光电材料的价带中受束缚的电子激发至传导带，产生电子电洞对，进而跃迁至材料的表面，与环境进行氧化还原的电化学反应。整体运作牵涉两个重要的过程：首先是材料照光后产生电子电洞对的光电效应，其次是光电效应产生的电子电洞对与环境产生氧化还原作用的电化学反应。符合上述机制的反应，基本上都称为光电化学反应。

图4-3　光合作用过程

光电化学反应和传统电化学反应有相同的氧化还原反应特色，但传统电化学反应须由外界给予电能来提供反应所需的能量，光电化学反应则直接利用太阳能代替电能，是一种完整结合太阳能及电化学反应的设计，类似植物进行光合作用，对于人类在太阳能应用上具有显著的影响。光电化学装置种类繁多，目前的主要应用不外乎照光生电的太阳能电池、照光分解水生主氢气的装置、照光后可分解污染物和病菌的光触媒。此外，近年来也有许多生化科技和光电化学结合的研究。

四、太阳能产业发展

（一）太阳能产业发展存在的问题

1．太阳能技术发展不平衡，光伏发电技术落后

太阳能热能利用虽然在我国发展较为成熟，在同类技术、市场上都处于世界领先地位，但是利用主要集中在传统的热水器方面，在发电、高分子材料、太阳能与建筑相结合等技术应用领域没有突破，与发达国家的产业发展相比，产业强而不大。在光伏发电方面，笼罩在“高科技”“新能源”等诸多光环之下的中国太阳能光伏企业在全球产业链中仍只是“加工厂”而已。

2．产业畸形发展，远未形成良性循环式的产业结构

在发展迅速的太阳能热能利用方面，我国上千家相关产业厂家还大多集中在太阳能集热器生产方面，用一句形象的话说“遍地是造真空管的”，而很少在环境保护、楼宇智能温控系统、生物孕育与孵化等各领域进行卓有成效的探索，结果造成集热器生产企业竞争激烈，不能实现利润效益最大化。

在光伏发电产业方面只能说是用半条腿走路。近年来，虽然我国光伏发电产业的发展已初具规模，但在总体水平上同国外相比还有很大差距。太阳能企业自主研发能力很弱，关键技术基本掌握在外企手里，国内企业目前还处在来料加工的组装阶段，仅承担了产业链中污染高、耗能高的生产环节，赚取的仅为5%～6%的加工利润。由于国内企业目前技术水平较低，电池效率、封装水平同国外存在一定差距，结果造成我国电池组件成本较高，缺乏市场竞争力（王峥等，2010）。

（二）太阳能产业前景展望

在煤炭、石油、天然气等常规能源日益减少，而人类对能源的需求越来越大的情况下，太阳能作为取之不尽、用之不竭、清洁环保的可再生能源，备受各国政府重视。国际太阳能利用技术和产品的日趋成熟，更为太阳能推广利用创造了条件。目前，可持续发展观念被普遍接受，太阳能开发、利用的研究也将掀起热潮。世界范围内的能源问题、环境问题的最终解决将依靠可再生洁净能源特别是太阳能的开发利用，随着越来越多国家的政府和有识之士的重视，太阳能的利用技术也有望在短期内获得较大进展。

近几年在全球变暖、低碳经济等的推动下，太阳能等新能源的开发利用备受关注。为应对全球气候变化，中国政府已承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%～45%，新能源约占一次能源消费比重的15%。纵观世界及中国对太阳能的开发和利用，为促进太阳能产业的高效发展，应从以下几方面采取相应措施：

（1）太阳能热利用技术相对更为成熟，应以太阳能热利用为主，光伏为辅的策略推广太阳能利用市场。适度降低太阳能热水器、太阳灶、太阳能空调、太阳能路灯等太阳能产品的价格，不断开发新产品，实现产业升级换代，并促进太阳能与建筑的结合。

（2）加大科技投入与攻关，培养研发人才，围绕太阳能利用关键技术、绿色生产工艺、系统集成技术等重要问题层层攻关，形成具有自主知识产权的太阳能利用核心技术，增强竞争力。

（3）大力发展中、低温太阳能集热器，努力研发高温太阳能集热器；促进太阳能能源的综合梯级利用，提升太阳能能源品位；加强太阳能和其他能源系统互补的综合利用研究。

（4）健全太阳能资源利用相关法规，加强可再生能源领域的国际合作。从国外经验来看，太阳能行业的发展离不开政策支持，特别是在发展初期政府提供的法律约束、电价补贴、财政资助等保障措施和激励政策，极大地推动了其规模化发展。作为发展中国家，我国太阳能利用行业总体还处于起步阶段，而太阳能发电成本也远远高于传统方式发电的成本，市场竞争力弱，且能源消费总量将进一步增加。因此，为实现可再生能源发展和节能减排目标，我国必须加快开发利用太阳能等新能源技术，学习和借鉴国外的成功经验，强化中国可再生能源法规及制度体系，促进太阳能利用行业的发展。

（5）加快太阳能相关产业链的发展。太阳能产业的发展必然会涉及电网、建筑、物管等相关产业。目前我国缺乏太阳能产业与其相关产业的统筹安排与规划，相关产业链发展滞后，导致我国虽然有强大的生产能力，但约有90%的产品却只能销售到国外市场，急需尽快引导相关产业链的形成，拓宽国内市场，使太阳能真正成为我国重要的新能源之一（闫云飞等，2012）。

人类对能源需求的增长将越来越快，对能源的可持续性和清洁程度的要求将越来越高，而对使用能源引起的负面效应，例如污染环境、破坏地球的生态平衡等，将有越来越严格的限制和要求。因此，加大对太阳能利用的研究和开发，缩短研究—开发—应用的周期，重点扶持和支持一批有实际应用前景的太阳能研究项目已属当务之急。在我国人口密度不大、居住分散、地域广大且太阳能资源丰富的西部地区，更应加大太阳能研究和开发的速度，并尽快进行区域性试点。例如，利用沙漠边缘地域成本低和太阳能资源充足的独特优势，进行小型太阳能热力发电，以解决居住分散、地域广大造成的输送电困难的问题，并不断提高太阳能热力发电量在总电力中的比例。在太阳光发电方面，应研制能够作为家用电器、通信器材电源的太阳能电池以替代干电池，利用光化学转换产生二次清洁能源，例如氢能源等。在我国西部大开发中，应使太阳能开发利用与工业、商业等其他行业的发展同步，并以西部为重点，带动我国太阳能开发利用的整体水平和规模（宫自强等，2000）。

新的世纪需要新的能源。可以预言，21世纪将开始一个以太阳能为主要能源的新世纪。

人类目前已经全面进入了 科技 时代， 科技 改变了人们的生活方式，使得人们的生产效率大大提高，从前很多不敢想象的事情，如今都已经成为了现实。目前人类已经开始了 探索 宇宙太空的新篇章，还有更多的奥秘，更多的新鲜事物等待着人类的发掘和创造。

科技 的迅速发展伴随的是能源的更新换代，只有不断的发现创造出新的高效能源，人类才能长久快速的发展下去，从某些方面来说，能源决定了人类文明发展的速度和进程。如今我们的交通工具速度越来越快，人类的宇宙飞船也已经可以到达太阳系中的任何一个行星，但是想要进行星际旅行，我们还差得很远。

核能

目前，人类拥有的最高效最强大的能源是核能，它强大的能量最直观的体现在了核武器方面。相信大家都知道核武器拥有的威力，一颗氢弹可以轻易的摧毁一座城市，第二次世界大战中人类首次使用了核武器，仅仅两颗当量并不大的原子弹就轻易的将广岛和长崎两座城市夷为平地。

当然，核能并不只是用在核武器的研究方面，在未来，核能对人类来说，最重要的作用是用于人类的生产生活当中，目前人类所知道的核能一共分两种，一种是核裂变，一种是核聚变。核裂变就是原子弹爆炸的原理，但是核裂变拥有具有高辐射，并且会产生很多核废料的缺点，并不适合人类未来的能源需求。而核聚变则截然相反，它具有高效清洁无污染的特点。

可控核聚变

核聚变其优秀的特点非常适合替代人类现有的能源，但是目前人类还无法掌控核聚变，人类想要利用核聚变能量，就必须掌握可控核聚变技术。虽然目前科学家们进行了几十年的研究，但是也没有在可控核聚变研究领域取得关键性的突破，但这并不是说明人类无法掌控可控核聚变。

除了核聚变具有的强大能量和无污染特性，最令科学家们感到兴奋的是它的原料很充足。因为核聚变需要用到两个氢的同位素，分别是氕和氚，而这两种元素在地球上的含量十分丰富，因为水中就含有氢原子。所以，核聚变的原料可以说是取之不竭，用之不尽的。如果人类掌控了可控核聚变，那么人类就永远不会为能源稀缺所发愁。

如果人类掌控了可控核聚变技术，我们就可以进行星际旅行。我们知道，宇宙空间实在太过广大，如果没有达到亚光速的飞行器，那我们想要飞到邻近的星系都是天方夜谭。星球与星球之间距离太过遥远，所以人类必须拥有强大的飞行器，才能实现星际旅行。

而核聚变飞船就具备星际旅行的能力，但仅仅能够去往地球周围的星系，我们来看一个数字就知道为什么即使是掌控了核聚变技术，我们也只能去往地球周围星系。大家都知道，宇宙的基本单位是用光年计算的，光年是一年当中光行走的距离，而光速一秒钟就可以绕地球7.5圈，我们所在的银河系直径为10万光年，也就是说，光要用十万年才能从银河系的一端飞向另一端。

可控核聚变飞船最快的速度也只能达到亚光速，甚至更低。我们举个例子来说，如果核聚变飞船达到了光速一半，乘坐核聚变宇宙飞船到达距离我们最近的恒星-比邻星，也需要近十年的时间，这仅仅是去往比邻星所需要的时间，再加上返程可能需要20多年，试问，人的一生有几个二十多年呢？

结语

所以，综上所述，即使人类掌握了可控核聚变技术，并且制造出了核聚变飞船，人类也无法离开银河系。人类必须寻找到更加强大的能源，并且掌握利用这种能源的技术，使飞行速度达到光速，人类才能飞的更远。不过即使达到了光速，想要离开银河系还是不可能。最后，大家是不是有一种感觉，我们可能永远都会被困在银河系当中呢？

大家对此有什么看法？欢迎留言互动。关注本作者，获取更多！

以现在的眼光看来，核聚变几乎就是我们最终的理想能源了，尽管在这个道路上依然困难重重，但我们仍然不遗余力的在努力着，并且已经过了黎明前的黑暗，光明似乎总是差那么一丢丢，至少我们已经看到曙光了！

核聚变的原理很简单，如上所示四个氢核聚变为一个氦核的，丢失0.7%的质量，然后以E=MC^2的方式释放出来，由于燃料非常容易获得，因此我们一直都认核聚变是终极的能源！

但要获得原理如此简单的能源的条件近乎变态，太阳的内核温度1500万度似乎并不高，但压力高达340亿个大气压，我们无法实现如此高的大气压，因此只能退而求其次提高温度，但最低聚变条件的氘聚变温度需要5000万至1亿度

即使是最容易的氘聚变，也让科学家有些束手无策、黔驴技穷的感觉，个中的难点是超超高温的等离子体极难控制，加热温度保持机制也是难点，内壁耐热材料一样是难点，连内壁外的超强磁场线圈制造业是难点......但前途实在是太过无量，所以科学界对于核聚变从来都是义无反顾、前赴后继，诱惑实在是太大了！

以ms计的聚变等离子体保持过程，最后一闪就是熄火了.....

不说这种沉重的话题了，下面介绍下聚变的种类吧，哪个适合用在什么地方，了解下未来的用途

一、磁约束核聚变

1.托卡马克核聚变装置

托卡马克结构的核聚变装置

2.仿星器

仿星器结构的核聚变装置

二、惯性约束核聚变

激光点火的NIF（国家点火装置）

当然以上无论哪种实现商业化都是对未来发展巨大的帮助，但几种结构中，惯性约束核聚变是比较适合宇宙航行的，因此我们的飞出太阳系的希望寄托于惯性约束核聚变了。

这个尾部中心闪光就是想象中的惯性约束核聚变的希望之火，理论上装备这种发动机的飞行器可以达到光速1%-10%，这一个非常有诱惑力的速度，它将使得我们能在40-100年内到达比邻星，看上去似乎仍然非常漫长，但这已经是我们能够达到的极限了。

除非未来实现跨越狭义相对论框架的发动机，但我们依然需要为其提供能源，无论如何核聚变都将是未来可以预计的时间内的终极能源，也将是我们以后宇宙航行中为之依赖的不可或缺的未来！

应该是距离我们最近的新能源，但不是我们人类已知最强的能源。你们先吃个瓜，听我慢慢说。

人类 科技 以烧火为起点，以烧水为本。从18世纪的蒸汽机开始，人类利用烧点啥让水膨胀来给我们做功。直到现在，所有的核电站依然在“烧水”，通过这种方式转化为电能。所以人类当今的 科技 能量来源，还是以“烧水”为本。当然偶尔烧个油，用个光伏发电，但还是烧水多一些。

核聚变是个好东西，除了反应前后产物没有多大辐射之外，过程更容易控制。能源不能控制就不好玩了，总不能坐在炸弹上上太空吧。（emmm，目前好像就是坐炸药上太空的。）

核聚变相对核裂变更容易控制，虽然现在的核裂变电站也很安全，把控制棒怼进去就可以停止核反应。但是废料还是有辐射的。而且核电站释放能量的速度，并不能满足我们进行星际旅行所需能量。核聚变就可以，所以核聚变也叫作人造太阳。

目前的问题就是怎样启动核聚变，核聚变需要能量才能启动，目前很难制造其启动的条件。一旦启动，依靠自身就可以继续反应。

的确，核聚变比裂变更好使，前提是能使。但他们释放的能量，其实还是一个级别上的差异。类似烧柴火和烧汽油。

也就是说，将来的太阳系内旅行，用核聚变供电是非常完美的选择。但是要用核聚变提供动力，进行星际旅行，目前看来还是有点虚。

核反应也就是把一小部分质量转化为能量，正反物质湮灭可是全都转啊。我们已知最强大的能源可能就是正反物质湮灭。一克正反物质湮灭释放的能量是1.8 x 10^14焦耳，相当于4300吨TNT当量。如果能用某种方法保存一些反物质，那么也就不愁能源问题了。

核聚变可以产生巨大的能量，但接近光速的飞行也需要巨大的能量。

而且接近光速飞行需要的能量，可能是核聚变也不一定够的……

脱离太阳系很容易做到，旅行者一号已经做到了；之前的先驱者10号、11号也做到。他们都没有使用核聚变。所以脱离太阳系基本是不需要核聚变的。

那离开银河系呢？

科学家估计，要脱离银河系，速度至少在500千米/秒以上，这个速度仍然是远远小于光速的。一个一千克的物质，要加速到这个速度，需要的能量，相当于1.39毫克物质释放的能量，如果按照聚变效率1%来算，也只需要消耗139克的燃料（总重量的13.9%），所以仍然是可能的。

但这个速度其实是不够的，因为人的寿命是有限的。银河系的直径是以十万光年来算的，就算是用光速，也得十万年。即便太阳系不在中心，也得一万年才能走出去……

但好在根据相对论，只要速度足够快，飞船里的人就不需要那么长时间。假设我们要求30年走出银河系（飞船参考系），那需要多快呢？答案是：0.9999999倍光速左右。

要达到这个速度，一千克的物质，需要3332千克物质湮灭产生的能量。换句话说，你要推动一个飞船达到这个速度，同时得消耗飞船几千倍的质量对应的能量，而这些燃料还可能得放到飞船上……

几乎是个不可能的任务。

核聚变是目前已知的、人类有望近期能够掌握的革命性能源技术，一旦可控核聚变技术成熟，那么我们就可以利用，比如拿来发电，拿来作为宇宙飞船的动力，这一切在200年内应该能够普及。由此可见，核聚变也应该是这个地球上唯一能让我们离开太阳系的能源，但是也不是绝对的。因为在新能源领域，还有潜在的能源，比如反物质推动、曲速驱动等，都是很有潜力的星际航行技术，只不过这些技术距离我们太远，甚至连个理论基础都没有。

核聚变不一样，工程样机就摆在那里，不论是德国Wendelstein 7-X，还是麻省理工托卡马克聚变反应堆，都具备了一定的成熟度。德国Wendelstein 7-X已经开始运行，多次试验证明其能够输出能量，其造价达到10亿欧元，可以模拟产生恒星内部的极端环境，利用核聚变产生能量。核聚变技术距离实用化还有数十年的距离，因为目前的一些技术基础还不能克服，核聚变反应堆主要两类，一个是托卡马克核聚变装置，另一个是仿星器核聚变装置，后者使用3D磁场控制，前者使用2D磁场来控制。

美国能源部物理学家和德国科学家对Wendelstein 7-X多次试验表面，3D磁场控制的仿星器核聚变装置安全系数更高一些，磁场在仿星器中扮演非常重要的角色。从目前看，核聚变当然是唯一能让我们离开地球的能源，但距离离开星系还远着，因为银河系直径10万光年，依靠核聚变也无法飞这么远。

人工可控核聚变是目前人类最希望突破的能源之一。

以核聚变发动机为能源是近期可能实现星际旅行的最有效的方式。

核聚变是太阳等恒星的能量来源，人类在上世纪已实现不可控的人工核聚变，当然是以氢弹这种不可控的方式。氢弹爆炸时，由原子弹引爆产生的高温高压实现点火，利用惯性约束高温等离子实现轻核热聚变，聚变能量在瞬间释放。

对于人类来讲，地球也并不能一直是我们平安家园，我们总要走出这个星系，去寻找更多的资源。那么可控核聚变发动机就是人类实现星际旅行目前最有可能的方式了。

目前地球上，对于能量缓慢释放的可控核聚变，难度主要在对高温等离子体的约束，目前人类对可控核聚变反应堆的研究也有几十年了。目前有希望的途径是磁约束和激光惯性约束。磁约束目前各国研究喝多，常见的磁约束装置是托卡马克聚变实验堆，世界上有美国，德国，中国，俄罗斯等国都建立了可控热核聚变反应堆。当前都还处于基础研究阶段，可望在几十年内取得突破。

核聚变也并不是人类星际航行的唯一能源，只是目前最可能突破和实现的能源方式。其他诸如反物质飞船，曲率驱动飞船这些目前尚在理论 探索 中，只能暂时出现在各种科幻作品中。

量子实验室，欢迎评论和关注。

目前，人类尚没有把任何人造物体送出太阳系，而人类本身也没有突破地月系，究其原因，最主要的就是因为能源问题，人类尚没有有效的能源用于宇宙航行。

在动力学中，我们用比冲量来衡量火箭引擎效率，它的定义是火箭发动机每秒消耗单位质量推进剂产生的推力，或者是单位质量推进剂产生的冲量，单位是秒。比冲量越高，表示火箭发动机的效率越高。目前人类在航天领域普遍使用的能源是化学燃料，但这是一种非常低级的能源，能量释放效率非常低。

使用化学燃料的火箭被称为化学火箭，分为固体火箭和液体火箭，其中固体火箭的比冲量为290秒，液体火箭的比冲量则是300至453秒。在一些航天器上，我们还使用核动力作为能源，比如说著名的旅行者一号，就是使用核电池作为能源。目前人类使用的核能都是核裂变产生的能量，这种能量比化学燃料要高级，比冲量可以达到几千秒。但是，核裂变火箭的推力较小，只适用于无人的远距离航天器。

核聚变是人类在近期有可能掌握的新型能源，相比于核裂变，核聚变的效率更高。目前，人类往返火星需要四年，而如果使用核聚变火箭的话，将缩短至两个月左右。相比于反物质引擎、曲率引擎等更加“科幻”的技术，核聚变有着坚实的理论基础，虽然技术上还有一些问题，但它是最有希望实现的新能源了。

目前来看，在可以预见的未来，比如在未来100～500年之内，也只有利用核聚变技术为宇航活动提供能源。人工核聚变是一项很有前途的技术，目前正在日以继夜的攻克。核聚变，它是太阳等恒星能源的来源，对能源的利用率比较高。过去，我们人类想要发射一枚火箭到太空去，通常用的是化学火箭，通过给火箭灌注大量的化学燃料，用化学能把火箭推送上天。化学火箭一直是航天业的主流产品，优点是技术简单，容易获得，缺点是效率低下，火箭体积过大。而核聚变技术可以克服化学火箭的缺点。钱学森是著名的火箭控制专家，他在20世纪30年代末就构想过利用核聚变技术把火箭发射到天上去。你是不是大跌眼镜？要知道，当时可是30年代，不是60年代，70年代，当时"火箭"这个词汇，仅仅出现于科幻俱乐部会员之间的交流，钱学森的老师为了避免让民众认为火箭太科幻，而把实验室改名为"喷气实验室"。当时，不要说核聚变火箭，就是化学火箭，对大众来说都是一个科幻上的概念。但是，钱学森具有超越时代几十年的前瞻性，他还国内的时候，就提出了核聚变火箭的概念，让人惊叹他的创造力。现在，美国人制定了一个远征火星的计划，打算用火箭把几名宇航员送到火星地表上面去。由于路途遥远，需要一年半左右才能到达，用传统的化学火箭已经不够用，所以需要开发人工核聚变的火箭。这个技术难关主要在于体积的小型化，目前美国科学家已经取得了一定的进展。预计最早到2025年，真正可靠的人工核聚变火箭就可以完成制造。至于科幻小说之中的其他"能源"，比如，什么反重力技术，什么真空零点能量，这些概念都过于超前，在理论上还仅仅是假说，没有得到证实。如果要开发出这些概念 科技 ，至少在目前是完全无法想象的，完全没有头绪。所以，在可以预见的未来，核聚变火箭还是宇航局的首选。

核聚变是目前看来比较靠谱的太空航行的能源，但是不是唯一能源。

要想飞向太空，烧煤显然是不行的，所以现在的火箭用的是更高效的燃料，即使这样可提供的能量也是很有限的。看起来非常巨大的火箭，里面的燃料只够燃烧一小会。现在很多国家的火箭只够发射近地轨道的卫星，只有极少数国家才有那种能把人类送到月球上的大推力火箭。

指望现有的火箭燃料来长期推进太空飞船是不现实的，目前的飞船和卫星一般用的太阳能，但是如果我们打算飞出太阳系，那么太阳能可能就远水解不了近渴了。于是有些飞船用了核裂变的能量，核裂变的好处是容易发生，坏处是有核辐射、利用效率不高。

核聚变正好与核裂变相反，好处是安全环保、能量利用效率高，缺点是不容易发生。虽然太阳每时每刻都在核聚变，但是这事对人类来说还是很困难的，因为我们没有太阳那么大的体量。实验室里难以达到太阳核心那种极端的环境，而且还没法持续、经济的运行。

现在世界上有几十个核聚变装置，美国二十几个，我国十几个，俄罗斯几个，这些装置想要放到飞船上还需要很多的改进。比如关键的一点是，核聚变装置产生出来的能量得比它消耗的能量要多，不然就没法用。光是这点，目前很多核聚变装置就达不到。

其实，如果考虑用最少的物质产生最多的能量的话，正反物质湮灭会是比核聚变更高效的星际飞船能源，只不过我们目前还不能大量制造或者获取反物质。也许随着科学的进步，我们今后能发现更好更高效的能源，来推动人类飞出太阳系甚至银河系。

星系？不知道题主所说的星系究竟是太阳系还是银河系？太阳系和银河系是两种宇宙尺度结构，前者的半径最多只有3光年，而后者至少可达5万光年。

如果我们想要飞出太阳系，利用核聚变产生的能量可以做到。目前人类正在研究可控核聚变技术，一旦有了实质性的突破，到时不仅能够解决能源危机问题，也能使我们在太空中走得更远，人类冲出太阳系将不是梦想。

但如果想要离开银河系，仅靠核聚变能量是不够的，因为它的质能转化效率并不高。比较有可能的是利用反物质和正物质的湮灭反应，这是人类目前已知最高效的能量来源。不过，目前对于反物质的研究还在起步阶段，现在制造出的反物质粒子都是论个计算，还远不能用于实际。

利用反物质进行星系际旅行，这就会涉及到相对论效应——时间膨胀效应。通过把星系际飞船加速到亚光速，飞船上的人类可以在短时间内飞出银河系，但这个时间对于地球上的人类来说极为漫长。

理论上，宇宙中还存在一种负质量的物质，利用它们可以开启虫洞，或者制造出曲速引擎。在这种负能量的作用下，星系际穿越将不是问题，并且也不会出现时间膨胀效应。

不过，负质量还只是停留在理论阶段，目前与这种效应有关的是能够产生负压力密度的卡西米尔效应。

答：能源这块，和我的大学专业联系挺紧密的，我来谈一点我的看法。

可控核聚变，无疑是人类最迫切希望得到突破的技术，我们的科学家已经研究了半个世纪。要想实现星际航行，没有可控核聚变的话，别说离开银河系，就算离开我们太阳系都是很难的。

我们来分析一遍，目前人类的所有能源方式的特点。

一、传统化石能源

包括煤炭、石油和天然气，目前人类对化石燃料的利用已经达到了顶峰。

以目前的开采速度，全球的石油和天然气还能供给50年，煤炭还能供给100年；对于中国，不从外进口的话，石油和天然气时间缩短近1/5，煤炭稍微多一些。

化石燃料对环境污染非常大，这也是化石燃料的诟病；化石燃料唯一的优势，就是开采技术和利用效率，已经达到了很高的水平，技术可以说相当成熟。

化石燃料的特点，决定了它只能解燃眉之急，未来肯定是靠不住的。

二、水利发电和风能

之所以放到一起，是因为这两个能源有很多共性，首先两者都算是清洁能源，而且都是取之不尽用之不竭。

但同时，两者都会对生态环境造成一定的影响，水利发电影响降水；发电的选址由地理条件决定，灵活性较低，现阶段无法代替火电。

对于未来的星际航行，除非人类发明高效的能源储存技术，否则对星际航行起不了多大作用。

三、太阳能和氢能（氢气）

这两个能源，算是清洁能源中的佼佼者，如果两者同时得到突破，那么人类在地球上的能源消耗，完全可以替代掉化石能源。

太阳能取之不尽用之不竭，氢能（氢气）具备高能量密度，我们可以利用太阳能分解水得到氢气，而氢气方便运输和储存。

在太空中，太阳能更是源源不断；但是，对于超出太阳系的星际航行，太阳能的获取将大大打折。

四、其他新能源

比如可燃冰、生物质能、地热、潮汐能等等，目前技术不成熟；但是也存在各自的局限，可以作为未来能源的补充，要想成为人类能源的主导，不太可能。

五、核能

核裂变的最大缺陷，就是废料的核污染，而且地球上核裂变的燃料（铀）也是有限的。

氢同位素的核聚变过程，没有任何放射性废料产生，释放的能量比核裂变大，而且氢的同位素在海水中大量存在，完全足够人类使用数亿年。

如果以氦-3作为核聚变燃料（3He+3He→4He+2(1H),ΔE=12.860MeV），聚变过程就没有中子产生，意味着不会存在核辐射，是相当清洁的能源，而氦-3在月球土壤中大量存在。

我国属于能源大国，对未来能源的重视度可想而知。目前，国家大量扶持风力发电和太阳能发电，就是为了在未来摆脱化石能源的限制。

对于可控核聚变，关键的技术之一是核聚变的点火，目前主要方式有激光点火和磁约束点火（托卡马克装置）。

比如美国的“国家点火装置”，就是研究激光点火；国际合作的“国际热核聚变实验堆计划”，研究的是托卡马克装置点火；对于中国科学院等离子体物理研究所，也有自己的托卡马克装置。

可以说，无论从那种角度来看，核聚变都是人类现阶段，有可能掌控的终极能源之一，人类要想进行星际航行，除了可控核聚变外，确实没有更合适的能源能够替代。

缺点就是可控核聚变技术，貌似遥遥无期，不知道我们这辈子能否看到？