咖啡店聊核聚变:它不是遥不可及的天上馅饼

昨天在南京广州路的咖啡店。 坐我对面两个大三学生。 聊得热火朝天。 说刷到好几个短视频,都说核聚变马上就能商用,以后家家户户用电不用花钱,连新能源汽车的充电费都能省了,问我是不是真的。 我抿了一口冰美式,差点喷出来。 说实话,现在网上关于核聚变的说法,一半是吹上天的概念,一半是唱衰的“永远五十年”,普通人根本分不清哪句真哪句假。

你以为它是远在实验室的黑科技,其实它就是模仿太阳造了个火球

很多人一听核聚变就觉得玄乎,全是听不懂的术语。 换个说法你就懂了。 我们每天晒太阳,太阳的光和热,本质就是核聚变烧出来的。它把氢原子往一块压,压到挤成新的氦原子,这个过程会掉一点点质量,按照质能关系,这点质量转成了巨大的能量,就这么一直烧了几十亿年。 我们要搞的可控核聚变,说白了就是在地球上造一个小太阳,把这个能量抓住给我们发电。 和我们现在用的核裂变不一样,裂变是把大块的铀原子劈成小块,核聚变反过来,把小块的氢原子捏成大块。
可控核聚变托卡马克装置内部实景
可控核聚变托卡马克装置内部实景
难在哪? 太阳能烧是因为它自己体重够大,核心压力温度都够,自然而然就能聚变。地球没这个条件,我们得自己造够高的温度和压力,现在主流的路径,要把原料加热到一亿度才行。 你想想,什么材料能扛得住一亿度? 答案是没有。 所以我们不能把这团火球装在容器里,得用超强的磁场把它悬浮起来,让它碰不到容器壁,就这么飘着烧。 说起来简单,做起来有多难?就像你拿一堆橡皮筋,把一块一千度的烧红的煤吊在半空中,不让它掉,也不让它碰到任何东西,还要让它一直保持这个温度烧一整天。 你试试? 差一点都不行。

传疯了的几个谣言,掰碎了说清楚

第一个谣言,核聚变商用之后电费就免费了。 真的吗? 核聚变原料确实多,氘从海水里就能提,一升海水提的氘聚变出来的能量,相当于三百升汽油,原料成本确实低到可以忽略。 可是你建一个聚变电站不要钱吗?征地不要钱吗?建那一大堆超导磁铁不要钱吗?运营维护,工人工资,铺电网,哪一样不要钱? 最多就是发电成本比现在低很多,免费是绝对不可能的。 别听那些自媒体瞎吹。 第二个谣言,“核聚变永远五十年”,反正这辈子都用不上。 这话最早是上世纪五十年代说的,当时刚搞核聚变研究,有人说五十年就能商用,这都七十年过去了,怎么还没实现? 不过话说回来,这话其实是老黄历了。你看现在国际合作的ITER堆,法国那个,主体都建完了,再过十年就能点火实验了。我们国家的EAST装置,早就已经实现了百秒量级的高温度等离子体运行,技术进步的速度,其实比半个世纪前快多了。 急是急不得,但也不是永远遥不可及。
中国EAST核聚变实验装置外观
中国EAST核聚变实验装置外观
第三个谣言,核聚变完全没有污染,完美能源。 真不是。 聚变的反应产物是氦气,确实是惰性气体,没有辐射污染,这点比裂变好太多。但是聚变堆运行的时候,会放出中子,中子打在装置的结构材料上,会让材料带上放射性,不过这种放射性的半衰期很短,最多几十年就降得和天然背景辐射差不多了,不像裂变废料能放几万年,处理起来难度低太多。 但你说完全零污染,那就是吹了。 哪有完美的能源?

离用上聚变电,我们还要走多久

离用上聚变电,我们还要走多久
离用上聚变电,我们还要走多久
现在整个路径其实很清晰。 第一步是实验堆,就是证明“我们确实能从核聚变里拿到比输入更多的能量”,这件事其实去年美国已经在实验装置上实现了净能量增益,虽然只是实验层面,赢了一步,但离发电还远。 接下来ITER就是干这个的,验证大规模的聚变点火,拿到更多的实验数据。然后是建示范电站,就是真的建一个能并网发电的原型堆,验证整个发电流程行不行。最后才是批量建商业化的电站,慢慢取代原来的化石能源和裂变电站。 一步都跳不过。 说实话,现在很多资本进来炒概念,说什么十年就能商用,我是不信的。最乐观的估计,第一座商业化聚变电站并网,也要到本世纪中叶了,哪有那么快? 基础研究就是这样,得熬,得一代人一代人攒数据,攒技术,哪有一蹴而就的事? 不过我前阵子去南京的科技馆,看到那台核聚变模型,围着一圈七八岁的小孩,指着那个大大的环形装置喊,“我以后要造会发电的小太阳!” 那瞬间我突然就不着急了。 哪怕我们这辈人到退休都用不上便宜的聚变电,那又怎么样呢? 这条路总得有人走,总得有人给后代把坑踩完,把路铺平。 说不定哪天,我们的孙子孙女,打开空调不用心疼电费,会想起我们这代人,对着一团飘着的一亿度火球,捣鼓了一辈子。 这不就够了吗?

作者|科技

排版|科技

审核|白杨

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