在合肥科学岛摸过的那堆核聚变零件,离真的烧开水还有多远?

上个月去合肥科学岛出差,刚好赶上EAST装置刚做完一轮长脉冲高参数放电的公众开放日。 我当时凑到三层厚的铅玻璃跟前去看。 那团光根本不是我预想中那种灼人的亮,是淡得发蓝的,稳稳飘在环形腔体的正中心,连腔壁的钨合金衬层都碰不到。 鸡皮疙瘩瞬间就起来了。 同行的老研究员叼着个印着“科学岛”logo的保温杯,跟我吐槽,说外面媒体总把“离商业化还有50年”挂在嘴边,其实真在一线泡了十几年的人,心里的时间账根本不是媒体写的那么回事。 哦对了,那天开放日结束我还去食堂蹭了顿饭,狮子头炖得特别烂,咸淡刚好,比我公司楼下的工作餐强太多。

别把“烧开水”的段子当玩笑

网上总有人调侃,说人类搞了几十年核聚变,最后技术路径居然还是烧开水推汽轮机,实在太没想象力了。 真不是。 所有能把热能转成稳定电能的路径里,卡诺循环的效率是经过百年工业验证的,你要是整那种靠等离子体直接发电的稀奇路径,别说工程上能不能做出来,光是输出的电能稳定性,都过不了电网的准入门槛——电网要的是频率稳定、电压波动在毫伏级的电,你拿个飘在半空中的等离子体直接发电,稍微晃一下,整个城市的灯都得闪。
合肥科学岛EAST装置环形腔体内部实拍
合肥科学岛EAST装置环形腔体内部实拍
很多人对核聚变的第一印象是“复刻太阳上的反应”,其实差得远。太阳核心靠的是自身巨大的引力压强,哪怕温度只有1500万度,也能把氢核死死挤到一起发生聚变。地球上哪来那么大的引力压?我们靠的是把氘氚燃料加热到1亿度以上,把原子核周围的电子全部剥掉,变成一团带正电的等离子体,再用极强的磁场把这团东西兜在半空中,连腔体壁都碰不到——碰一下的话,1亿度的等离子体瞬间就能把钨合金的腔壁烧出个浅坑。 说出来你可能不信,之前有次实验跑了一百多秒,最后提前终止的原因,是腔壁上掉了个肉眼根本看不见的金属屑,飘到等离子体里把反应直接淬灭了。 离谱吧?

那些被媒体吹上天的“突破”,到底有多少干货

每次看到媒体发“核聚变实现1亿度1000秒放电”“输出能量超过输入”的新闻,评论区总有人刷“恭喜,离用上免费电又近了一步”。 差得远。 我们现在所有的实验装置,本质上都是“入不敷出”的——你输进去用来加热等离子体、维持超导磁场的电能,最后能从聚变反应里收回来的能量,最多也就刚摸到输出略大于输入的边,离能给电网供电的净增益要求,还差着好几个数量级。
托卡马克装置超导磁约束线圈结构拆解图
托卡马克装置超导磁约束线圈结构拆解图
那为啥大家总在说“还有50年”? 其实这个时间点是上世纪70年代的老研究员留的“缓冲话术”——当时的技术条件下,算出来确实要差不多半个世纪才能摸到商业化的边,结果过了50年,大家发现实际进度比当年预想的快,但是又不能把话说太满,免得公众期待太高,真到落地的时候落差太大,所以就一直沿用这个说法。 我上次跟实验室里的年轻研究员聊天,人家说现在的难点根本不是“能不能让反应跑起来”——这个事其实十几年前就做到了。真正卡着商业化脖子的,从来不是反应能不能发生,而是能不能稳定、连续、低成本地跑下去。你总不能像现在这样,跑个几百秒就停下来,等腔体冷却半小时、把腔壁上的碎屑清干净再开下一轮吧?真要给电网供电,你得连续跑好几年,中间不能断,这才是跨不过去的工程坎。

真等商业化落地,最先变的根本不是电费

真等商业化落地,最先变的根本不是电费
真等商业化落地,最先变的根本不是电费
很多人一提到核聚变商业化,第一反应就是“以后电费就免费了”。 想多了。 建一座聚变电站的初始投资,肯定比现在的核裂变电站贵得多——光那套能产生强磁场的超导线圈,要冷却到零下269度才能工作,光维持低温的成本,就不是小数目。就算真的并网发电,电价最多也就比现在的光伏、水电便宜点,离“免费”差得远。 那最先变的是啥? 是那些之前因为电费太贵,根本不敢大规模落地的行业。比如海水淡化,之前一吨淡化水的成本里,电费占了快一半,要是电费真的降一个数量级,西北的沙漠都能靠管道输过去的淡化水种树种庄稼;比如航天发射,之前靠化学燃料的火箭,推重比卡了几十年,要是有了小体积的聚变电源,电推进的效率能提好几个量级,去火星的飞行时间能从半年缩到一个月;还有那些需要超高能耗的基础科研装置,比如粒子对撞机,之前光是运行的电费就占了总预算的一半,要是有了廉价的聚变电源,我们能把对撞机的能量再提好几个量级,说不定真能摸到暗物质的影子。 说真的,我每次想到这些就觉得热血上涌。 毕竟我们这代人,说不定真能亲眼看到人类第一次把“人造太阳”接进电网的那天。 没人敢拍着胸脯说这个时间点一定准,但至少我们离那团飘在腔体中间的淡蓝色光,已经比之前任何时候都近了。

作者|科技

排版|科技

审核|知知

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