在实验室等半个世纪,核聚变离你家的电表到底还有多远

上个月刚交完第三季度的电费,盯着短信里那行比去年多了三十多块的数字,刷到中科院等离子体所的新动态。顺手点进去,底下评论吵成一团。 有人说再过二十年就能全用聚变发电,电费五分钱一度;有人说这玩意儿就是骗经费的,从爷爷辈骗到孙子辈,这辈子都看不到。 我当时啃着半凉的包子,突然觉得挺有意思。我们对核聚变的期待,本来就绑在那根插着你家插座的电线上啊。

你被“人造太阳”骗了好多年

市面上所有科普开口就说“核聚变就是造太阳”,听着挺酷,其实错得离谱。 太阳本身就是靠核聚变发光发热的,我们在地球上做的,根本不是从头造一个新太阳,是把太阳核心发生了几十亿年的反应,挪到自己的实验室容器里来。 说白了就是抢太阳的能量原理给自己用——说捡太阳都比造太阳准确。
中国EAST托卡马克装置真空内壁实拍图
中国EAST托卡马克装置真空内壁实拍图
要捏两个氢原子核到一起,得克服它们之间的斥力,温度得烧到一亿度以上才行。你没看错,一亿度。 这么热的玩意儿,什么容器能装?别说陶瓷钢铁,就是世界上最硬的金刚石,碰到一千万度都直接气化蒸发了。 所以现在主流的方案是用超强磁场把这团叫“等离子体”的热气团兜起来,让它别碰到容器壁。这个环形的磁场容器,就是大家常听的托卡马克。 还有个误区得掰扯清楚:好多自媒体说核聚变是“零排放清洁能源”,这话太绝对了。 核聚变也会产生放射性废料,但和裂变堆完全不一样。裂变的铀废料放射性能串几十代人,得埋到地下几千米放个上万年。核聚变用的燃料氚,半衰期才12.3年,而且产生的活化废料量非常少,放个百八十年就能降到安全水平,根本不用愁没地方埋。

为什么熬了70年,还没点亮第一盏聚变电灯

从上世纪五十年代第一次实验开始,就有人说“核聚变发电还有五十年就能实现”,现在七十多年过去了,这句话还是没变。 是科学家偷懒吗?说实话,这活儿真的太难了。 难点说出来你可能都觉得离谱:你要把一团上亿度的气体,稳稳兜在磁场里,不能碰壁,不能散,还要保持足够长的时间,让足够多的原子发生聚变。 这团等离子体比任何调皮的猫都难管,稍微有一点波动,它就“噗”一下散了,整个反应直接GG。之前的装置很多只能坚持几秒几十秒,去年EAST做到1056秒,也就是快18分钟,直接把纪录翻了一倍,这已经是天大的进步了。 还有那个大家吵得最多的Q值——也就是输出能量除以输入能量。前几年美国国家点火装置说自己实现了Q大于1,输出能量比输入给燃料的能量高,一堆人直接喊“成功了”。 其实呢?整个装置运行一次,输入的总能量是输出能量的几十倍,那个Q大于1,只是算燃料的输入,不是全装置的,离真的盈利发电还差得远。
美国NIF核聚变装置靶芯安装现场图
美国NIF核聚变装置靶芯安装现场图
还有材料的问题。就算你磁场兜得住,聚变产生的中子会不断打装置的内壁,用不了几年内壁材料就被打坏了,换一次成本就是天文数字。现在全世界的材料学家都在蹲新的抗辐照材料,一点一点试,一点一点改。 哪有什么一蹴而就的突破啊。都是熬。

核聚变早就不是只待在实验室的摆设了

核聚变早就不是只待在实验室的摆设了
核聚变早就不是只待在实验室的摆设了
很多人骂核聚变骗经费,说投了这么多钱连个灯泡都点不亮,这话真的冤。 你不知道的是,核聚变研究养出来的技术,早就跑到你生活里干活了。 现在医院做核磁共振用的高温超导磁体,最早就是给聚变装置研发的;聚变研究需要的超高真空技术,现在用在半导体芯片生产线上;甚至用来监测聚变反应的中子探测技术,现在都用到了机场安检和地质勘探里。 说白了,就算再过三十年才能用上聚变发的电,这么多年投进去的钱,早就从别的地方赚回来了。科技哪有只盯着最终产物的?很多时候路上捡的东西,比终点那个目标还值钱。 不过话说回来,现在的进度真的比半个世纪前快多了。国际热核聚变实验堆ITER,就是那个全世界一起凑钱建的大装置,现在核心部件装得差不多了,预计2035年就能第一次点火实验。 等到那个时候,我们就能真正知道,托卡马克到底能不能稳定输出足够的能量,商业化发电到底是不是天方夜谭。 我前阵子刷到一个做聚变的博主讲自己的日常,说每天就是泡在控制室里调参数,今天多稳了两秒,明天温度提了一点,每天都是这样没什么惊喜的小进步。 他说,很多人问他你做这个是不是看不到成果?他说,总有人要走这一段路的,我们多走一步,后来的人就少走一步。 我挺喜欢这句话的。 你现在付的电费里,大部分还是煤烧的,水电风电光伏都加起来,也还没占到绝对的比例,我们还是在等一个能彻底解决能源问题的答案。核聚变就是那个最接近标准答案的选项,哪怕它走得慢一点,难一点,那又怎么样呢? 总比站在原地骂强啊。对吧?

作者|科技

排版|科技

审核|安然

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