把太阳揣进兜里?我们离可控核聚变到底还有几步

上周去合肥科学岛逛了一圈。

站在两层厚的防爆参观玻璃外面,你能闻到空气里淡淡的冷却剂味道,眼前那堆爬满银灰色管线、被钢结构支架牢牢固定的庞然大物,正在真空室里维持着一亿度的高温——比太阳核心的温度还高两倍。旁边的讲解员压着声音说,上次这台装置连续稳定跑了1000秒长脉冲的时候,整个控制中心里的人,连喝水都不敢出声。

别再把它和核裂变搞混了

说实话,我之前也经常把这俩搞混,直到现场的年轻研究员蹲在地上,拿个马克笔在白板上给我画了两张图。

你见过农村烧柴火的对吧?把整根的大树劈成指甲盖大的碎块,丢进灶膛里烧,过程中飘出来的烟灰、漏出来的火星,得防着几十年才不会伤到东西。这就是现在所有商用核电站在用的核裂变——把重的、大的铀原子核拆成轻的小原子,拆的过程中释放能量,产生的核废料带着长期的放射性,处理起来麻烦到极点。

核聚变完全反过来。

它是把最轻的氢的两个同位素——氘和氚,像你冬天攥雪球似的,死死摁到一起,凑成一个更重的氦原子,摁的那一下漏出来的能量,比拆柴火强上百万倍。而且它烧完剩下的东西,就是没辐射的氦气,你平时充气球用的那种。真要是装置破了个口子?真空室一失压,那团一亿度的等离子体瞬间就冷却到室温,连旁边的纸都点不着,根本不存在什么熔堆、爆炸的恐怖场景。

合肥科学岛EAST装置内部真空室实景图
合肥科学岛EAST装置内部真空室实景图

你可能会问,这么好的东西,为啥不赶紧造?

难吗?难到离谱。

两个带正电的原子核凑到一起,天生就互相排斥,就像你拿两块同极的磁铁,越往中间凑,手上感受到的推力越大。要让它们真的撞在一起聚变,你得凑齐三个条件:足够高的温度,足够大的约束能力,足够长的稳定时间。三个缺一个,反应就像点了下就灭的火柴,根本烧不起来。

那些被营销号吹上天的”终极能源”,其实藏着好多没说的坑

之前刷到过好多短视频,张嘴就说核聚变马上就要商用了,以后电费全免,开车不用加油。真在现场跟研究员聊了俩小时才知道,这些说法半真半假。

就拿现在全球都在走的两条技术路线来说。一条是我们熟悉的托卡马克路线,就是用超强的磁场,把那团滚烫的、根本碰不到任何实体材料的等离子体,稳稳托在真空室的正中间,让它不碰到装置的壁——不然一碰到壁,温度瞬间掉下来,反应就停了。EAST装置就是大家走这条路时最常提到的选手。

托卡马克装置强磁场约束等离子体原理示意图
托卡马克装置强磁场约束等离子体原理示意图

另一条是美国国家点火装置走的惯性约束路线,用十几台高功率的激光,从四面八方同时打向一个毫米级的氘氚燃料丸,在极短的时间里把燃料丸压碎、点燃,产生聚变能量。之前新闻里说的”实现能量净增益”,说的就是这台装置。

美国国家点火装置激光打靶实验实景图
美国国家点火装置激光打靶实验实景图

很多人看到这个新闻就喊,哦呀,马上就要成了。算算账就知道根本不是。那次实验里,激光打在燃料丸上的能量是2兆焦,最后聚变产生了3兆焦的能量,看起来赚了1兆焦。但你要算上产生那束激光的整套设备的能耗——为了打出那束2兆焦的激光,整套系统前前后后耗了快300兆焦的电。

这就像你花100块钱买了个打火机,点着了一根蜡烛,蜡烛烧出来的蜡油卖了101块。单看这一笔好像赚了,但你要真把这事儿当成能盈利的生意,那不是开玩笑吗?

我们到底在等什么?

有人问,费这么大的劲,砸这么多钱,就为了一个不知道什么时候能成的东西,图啥?

你想想现在我们用的所有电。要么是烧煤烧气,排出来的二氧化碳在大气里攒着,导致极端天气越来越多;要么是建水坝、铺光伏、架风机,靠天吃饭,占了大量的土地,还得配一堆储能设备才能稳定供电。

真要是可控核聚变成了,从一升海水里提取的氘,产生的能量能顶300升汽油。没有长期的核废料,不会出现大规模的安全事故,哪怕装置临时出问题,反应瞬间就停了,根本不需要像现在的核电站那样,修几十厘米厚的钢筋混凝土安全壳,配一堆冗余的冷却系统防堆芯熔毁。

上次从科学岛出来,坐地铁回市区,看着窗外一栋栋亮着灯的写字楼,路边摊的老板在炸火腿肠,外卖小哥骑着车在路口等红灯,突然就觉得,那些在实验室里爬满管线的庞然大物,离我们的日常其实没那么远。

它不是什么写在教科书里的遥远概念,是真的在为几十年后,我们的孩子不用再为了抢能源闹矛盾,不用再为了减排砍树拆厂,攒下的一点底牌。

不过话说回来,也没必要把它吹得太神。现在的阶段,说难听点,就跟莱特兄弟当年飞那个飞行者一号似的,能在天上飘个十几米,已经是人类能摸到的最高门槛了。离真的造大飞机跨洋飞,离建满整个城市的聚变电站,还有好长的路要走。

之前有个朋友跟我说,等核聚变商用了,他要在家24小时开着空调,冰箱永远塞满冰可乐,再也不心疼电费。我当时没好意思泼他冷水——真到那天,电费肯定不会贵,但你也别想着能无限制的造。毕竟哪怕是终极能源,也架不住人无度的浪费对吧?

作者|科技

排版|科技

审核|小准

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