9月23日在南京,我摸到了核聚变的"边"

09月23日的南京,太阳还挺毒,我挤在国展中心的人流里,浑身都是汗。本来就是冲朋友说的限定周边去的,根本没指望碰到什么真东西。挤过攒动的人群转过拐角,冷不丁就看到半个展厅大的蓝色环形模型,灯往中间一打,发着淡蓝色的光,比旁边所有的潮玩展台都吸睛。好几个小孩拉着爸妈喊,我要去核聚变逛,闹了半天,他们说的是不远处的游戏展,这个展台摆的,是真的人造太阳核聚变模型。

很多人对核聚变的认知,还停留在网上的梗

网上说来说去,翻来覆去就是那句「永远五十年」。我之前也这么觉得,不就是科学界的画饼项目吗?搞了几十年了,连个响都没有。那天闲得慌,凑过去听展台的小哥讲解,听了半小时,才发现我之前对这东西的认知,全是碎的。

说穿了其实好理解:我们现在用的核电,都是核裂变,把大的铀原子劈开,放出能量。核聚变反过来,把两个轻的氢原子,挤到一块,拼成一个更重的氦原子。挤的过程中会损失一点质量,这点质量按照质能方程,直接变成超级大的能量。

难就难在挤。两个原子核都带正电,同性相斥,你得把它们加热到一亿度以上,让它们飞的足够快,才能硬生生冲破斥力撞在一起,粘成一块。

一亿度。什么材料能装下这么热的火球?总不能直接往地上放吧?所以科学家想了个招,用强磁场做一个看不见的笼子,把滚烫的等离子体框在那个环里面,不碰到任何容器壁,这不就装住了。这个环形的磁笼子,就是现在主流的托卡马克装置,我们国家的「东方超环」EAST,就是全世界跑得最好的全超导托卡马克之一。

东方超环EAST核聚变装置实景拍摄图
东方超环EAST核聚变装置实景拍摄图

那天聊出来的三个误区,原来我之前也错了

第一个误区,说核聚变完全没有核废料,干净得能直接埋进花园。不对,小哥说,还是有活化废料的,就是高能中子打在装置结构上,会让结构材料带上放射性,但和裂变堆那种半衰期几十上百万年的高放废料完全不是一回事。核聚变产生的废料,放个三五十年就降到安全水平了,体积也只有裂变废料的百分之一不到,算不上什么解决不了的问题。

第二个误区,说核聚变永远五十年,这辈子都见不上。我之前也这么想,对吧,网上说几十年前就说五十年,现在还是五十年。说实话,那天聊完才明白,不是科学家画饼,是之前几十年,大家都是在解决「有没有办法把火球稳稳装住」的问题,现在这个问题已经摸到门了,接下来就是放大、优化、降成本,步子已经迈起来了,不是原地踏步。现在能量输出大于输入的实验已经做成了,接下来就是把这个输出做大、做稳定,不是从零开始摸索。

第三个误区,说核聚变搞出来就是为了替代所有电厂,现在搞出来也没用,不如多建光伏风电。其实不是这么回事,光伏风电靠天吃饭,要储能要调峰,稳定的基荷电源还是得有大家伙兜底,核聚变就是给人类当这个终极底牌的。核聚变烧的燃料从海水里提,一升海水提出来的氘,能抵得上几百升汽油,整个地球的海水够人类用几十亿年,根本不用抢资源,不用看别人脸色。

核聚变托卡马克磁场约束原理示意图
核聚变托卡马克磁场约束原理示意图

真用上聚变发的电,我们这代人赶得上吗

真用上聚变发的电,我们这代人赶得上吗
真用上聚变发的电,我们这代人赶得上吗

小哥说,他导师那代人刚做EAST的时候,很多核心零件都得自己一点点磨,现在设备迭代了好几代,已经把长脉冲运行的持续时间拉到了千秒量级,刷新了之前全世界的实验记录。国际合作的热核聚变实验堆,现在正在欧洲建,我们贡献了很多核心技术,预计三十年代中期就能完成第一次点火实验,我们国家自己的聚变工程实验堆,也已经在规划推进了。

算下来,商业化的聚变电站,估计还得二三十年的时间。我今年三十出头,那时候六十多,说不准真能赶得上用聚变发的电,给孩子交电费的时候还能说一句,爷爷年轻的时候,这东西还只是展台上的一个模型呢。

不过话说回来,哪项新技术从实验室走到老百姓家,不是这么走过来的?一百多年前爱迪生点亮第一盏电灯的时候,谁能想到一百年后家家户户都离不开电?五十年前大家看集成电路,还觉得就是实验室里的小玩具,现在呢,人人手里都揣着一个比当年超级计算机还强的手机。

那天我站在模型旁边,看一群穿校服的中学生挤在前面,举着手机拍,拿个本子追着小哥问问题。小哥蹲下来,给他们讲为什么这个环是圆的,为什么要用零下二百多度的超导磁铁。阳光从场馆的天窗落下来,落在那群孩子的发梢上,也落在那个淡蓝色的模型上。

我突然就不觉得核聚变是远在新闻里的抽象概念了。它不是PPT上的画饼,不是科幻小说里遥不可及的未来,它是现在,是这群孩子长大之后要接手的工作,是一天天做实验、一天天改设计,一点点攒出来的明天。

出门的时候我扫码领了个纪念贴纸,小小的托卡马克图案,现在还贴在我的笔记本电脑上。每次打开电脑看到它,就想起那天南京的风,满头汗挤来挤去的年轻人,还有那个发着淡蓝色光的大模型。

未来哪有那么远啊。它就在那,慢慢走,总会到的。

作者|科技

排版|科技

审核|小准

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