咖啡馆里聊核聚变:它不是远在天边的终极能源神话

9月23号那天,我在南京珠江路巷子里找了家开了快十年的社区咖啡馆,碰上个多年不见的老同学,他现在在聚变所搞工程,坐下没十分钟,话题就拐到了核聚变上。

很多人对它的印象,还停留在新闻标题里。很远。也很玄。张口就是“人造太阳”,闭口就是“终极能源”,翻来覆去一句话:永远还有五十年才能商用。

说实话,我之前也觉得这玩意儿就是个画饼的项目,投那么多钱,什么时候才能用上?那天聊了两个多小时,我才发现,我们对它的误解,比想象中多太多。

大部分人都搞反了:核聚变不是“造个太阳”

只要你看过点科普,肯定听过“人造太阳”这个说法。慢慢的很多人就真以为,科学家在实验室里攒了个小太阳,等着拿来发电。

真不是这么回事。我们只是用了和太阳一样的反应原理,把氢的同位素氘氚撞在一起,变成氦,同时放出巨大能量而已。太阳本身是靠自身巨大的引力把反应约束住,反应速率慢得离谱,中心功率密度其实还不如人体新陈代谢。我们要发电,总不能等几百年出一点能量吧?

所以人类搞聚变,走的完全是另一条路——要么用超强磁场把上亿度的等离子体锁在真空室里,要么用激光瞬间压缩靶丸让它反应,根本不是照搬太阳那一套。

托卡马克核聚变装置真空室内部实拍图
托卡马克核聚变装置真空室内部实拍图

还有那个老生常谈的“永远50年”的梗,很多人拿这个骂科学家骗经费。我那个同学听完就笑了,说这话最早是上世纪五十年代说的,那时候大家觉得五十年肯定能搞成,现在过了七十年,说五十年其实是把“未来我们这代能不能用上”的模糊说法,说顺嘴了而已。

技术真的没进步吗?才不是。五十年前连Q值大于1都做不到,现在不管是磁约束还是惯性约束,都已经实现了输出能量大于输入,这本来就是跨时代的突破啊。只是大家把“商用发电”和“实验室突破”搞混了,突破了原理,还要解决工程上无数的烂摊子,哪有那么快。

真正卡脖子的不是能量增益,是这些没人关注的小事

媒体总爱报道“Q突破多少”“温度达到多少度”,这些数字确实好看,但真正把商用卡住的,都是一些看起来特别无聊的问题。

比如你要发电,总不能点个火几毫秒就熄了吧?得持续稳定运行对不对?前几年咱们的EAST做了1056秒的稳态高约束模运行,很多人看完就刷个“牛批”,然后就划走了,其实这个突破比把Q再提个零点几重要一百倍。你要并网发电,持续稳定是底线啊。

中国EAST核聚变装置全组装外观图
中国EAST核聚变装置全组装外观图

再比如材料。聚变反应会产生大量高能中子,这些中子不带电,磁场挡不住它,直接就打在装置的内壁上,天长日久就把材料打坏了。换一次壁得花多少钱多少时间?发电站总不能停半年修半年吧?

现在全世界都在啃这个材料的硬骨头,从钨合金到液态金属壁,试了无数种配方,就是为了能扛住中子辐照,撑个十几二十年不用换。这些工作发不了 headline,没有惊天动地的标题,但没有它,就算你Q做到10也发不了电。

不过话说回来,也有很多弯路。最早大家搞聚变,什么技术路线都试过,走了不少错路,摔了不少坑,现在才慢慢集中到托卡马克这条路上来,这不丢人,搞探索哪有一帆风顺的。

我们为什么非要死磕核聚变?

我们为什么非要死磕核聚变?
我们为什么非要死磕核聚变?

现在经常有人说,光伏风电成本都降这么低了,储能技术也在进步,为什么还要花大价钱搞核聚变?这不就是浪费钱吗?

我那个同学说,他刚进所的时候也问过导师这个问题,导师说,光伏风电是好,但它靠天吃饭,你得留够调峰的基荷电源,现在化石能源要减碳,裂变电站有燃料废料的问题,核聚变刚好补上这个缺口。

它的燃料从海水里就能提,一升海水里的氘聚变放的能量,相当于三百升汽油,整个地球的海水够人类用几亿年,根本不用抢资源,也不用看别人脸色。而且它本身根本不会有熔堆的风险,只要出点问题,反应直接就停了,安全得多。

也别信什么“核聚变商用之后电费免费”的鬼话。一个聚变电站前期投入几十上百亿,装置每年维护也要花钱,怎么可能免费?只是长期来看,燃料成本几乎可以忽略,电价会稳定在很低的水平,不会像化石能源那样跟着价格涨涨跌跌。

那天聊到最后,他说所里刚毕业的年轻人,加班都加得特别狠,没人天天把“改变世界”挂嘴边,就是觉得这事,总得有人做。你说我们这代人能不能用上聚变发的电?不好说。但现在不做,后代永远用不上。

我临走的时候,他给我看了一张他们去装置现场的照片,上亿度的等离子体在真空室里发出淡蓝色的光,特别漂亮。我突然想起前阵子在南京科技馆,碰到一个小朋友指着聚变装置模型问他爸爸:“这个就是以后给我们家供电的东西吗?”

他爸爸点点头,小朋友眼睛亮得不行。那一瞬间我突然觉得,五十年真的不算久。总有人要去摘那颗远在山顶的果子,哪怕摘果子的人吃不上,后来的人总能尝到甜,对吧?

作者|科技

排版|科技

审核|小北

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