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核聚变控制力翻5倍,中国创造世界纪录

核聚变控制力翻5倍,中国创造世界纪录
2021年06月03日 22:00 新浪网 作者 酷玩实验室

  可控核聚变对人类的意义之大,稍微有点科学常识的人都很清楚。

  这是人类文明之光,真正意义上可以让全体人类社会跃迁一个能级的逆天科技。

  作用很大,难度也很大。

  50年前,可控核聚变号称只需要50年就可以实现了。

  50年后的今天,可控核聚变还是号称只需要50年就可以实现。

  但是在2021年5月28日,中国的可控核聚变装置,全超导托卡马克(EAST)成功实现了在1.2亿摄氏度条件下进行人工可控核聚变101秒的人类奇迹。

  在此之前,全人类在超过1亿度条件下实现的人工可控核聚变最长时间,仅为20秒。

  中国,一口气把世界记录给翻了5倍。

  人工可控核聚变为什么这么难?

  整个人类发展了50年,控制时长依然是按照秒来计算。

  要知道,人工可控核裂变是那么的简单。

  1949年8月29日,苏联试爆了自己第一颗原子弹。

  1954年,苏联就建成了第一座核裂变发电站。

  人工可控核裂变的技术,5年时间,连电站都给你建好了,研究时间我觉得2年都不需要。

  在裂变核电站建成后,整个人类的目光都聚焦在聚变核电站上。

  至今,连初步实验都只能维持在以秒为单位,点火耗费的电能比释放出来的能量还高,离建成真正有用的商业聚变核电站,可以说还非常遥远。

  聚变核电站难在哪?

  太阳,无时无刻的都在进行核聚变,源源不断的释放出大量的能量。

  为了保证氢原子能够实现聚变,太阳提供了1500万度的温度,以及2400亿个标准大气压。

  太阳能够持续进行核聚变,得益于它巨大的质量带来的超强引力。

  强大的引力,不仅给太阳内部带来了巨大的压力,把无数氢原子强行压在了一起,也让聚变中的氢原子被牢牢的约束在了太阳内部,不至于到处乱窜。

  但是在地球上,我们不可能提供2400亿和大气压的压力,如此离谱的压力我们根本做不到。

  压力不够,就只能温度来凑。

  因此,人类想实现可控核聚变,需要1亿度以上的温度,越高越好。

  而人类目前已知的,最高熔点的金属钨,其熔点也只有3000多度。

  在1亿度的高温面前,钨瞬间就会气化。

  在不接触的条件下实现1亿度的高温,这本身就很难。

  让在1亿度条件下进行核聚变的气体,乖乖的待在同一个地方不动,这更难。

  太阳依靠其庞大的质量,通过引力来强行约束,可人类做不到。

  但核裂变电站就简单多了。

  裂变的金属铀,天生不稳定,可以在常温条件下实现裂变,而且其裂变速率可以通过调整接触面的大小来实现。

  简单的说,利用工业时代的人类技术,可以轻易的建造可控裂变核电站。

  虽然并不是什么国家都能建,但裂变核电站里使用的工程技术,尚在工业时代的人类可理解的范围内。

  而可控核聚变电站需要的技术,有一大半都已经脱离了工业时代的人类老技术,甚至连其建造理论,都感觉超越了工业文明一个时代。

  这是典型的未来科技。

  既然这么难,我们为什么还要花费代价去全力推进可控核聚变呢,直接用裂变技术做核电站不就好了嘛。

  核裂变发电站最大的缺点,是裂变材料巨大的放射污染性。

  核能电站会产生大量的核废料,而核废料是人类目前已知的最脏最毒的物质,没有之一,而且其废料需要几千甚至几十万年才能彻底消除危害。

  什么二氧化硫,甚至重金属污染,其破坏力在核废料面前,都是弟弟。

  如果不考虑核废料,那么裂变核电站的成本是很低的。

  但考虑到处理这些核废料的代价后,那裂变核电站的成本一下子就高的难以接受,甚至比火电站还要高,而且伴随着巨大的安全隐患。

  为什么主要国家建设少量核电站后,不约而同的停下了裂变核电站的建设,处理核废料的成本过高是最大的原因。

  但聚变核电站就没有这个问题,聚变电站几乎不产生辐射,也几乎没有什么核废料。

  而且聚变电站的安全性极高,需要1亿度高温才能进行的聚变反应,想开始很难,想结束很简单。

  只要电站出现问题,反应室破损,聚变反应马上就会停止,你想继续都不可能了,因为温度下降到临界值以下了。

  像日本福岛核电站那种,电站爆炸后核反应源源不断的缓慢进行,想停都停不下来,最后造成人类环境灾难的事情,永远不可能发生。

  而核聚变反应使用的原材料氘,甚至广泛分布在海水中。

  未来如果可控核聚变技术得到突破,核电站的原材料也会直接从海水中提炼。

  聚变后的产物,是氦气,也就是你孩子充气球的那玩意。

  核聚变产生的电能,是人类公认的清洁能源,而且是终极清洁能源。

  真真正正的安全无污染。

  除了安全无污染之外,核聚变能源的储量也非常恐怖。

  地球上的海水中,总共有10万亿吨氘,每1L海水中含30mg,如果能拿来进行核聚变,产生的能量约合300L汽油。

  这是真正的水变油。

  目前,从海水中提炼1kg重水(一氧化二氘)的成本是7000人民币,但将这1kg重水全部聚变可以产生约合8000万度电的能量,按目前的电价可以卖4000万人民币。

  一本万利~~

  把整个地球上所有的氘全部聚变,按人类目前的能源消耗水平,可以用几百亿年,在太阳爆炸之前我们都用不完。

  而在整个宇宙中,核聚变的原材料分布极其广泛,甚至是整个宇宙质量组成最重的一块。

  无论从地球储量还是宇宙储量来看,核聚变都可以认为是无限能源。

  在人类任何类型的科幻小说里,核聚变发动机都是人类步入太空的前置科技条件。

  而文明的本质就在于不断提高自己的能量级别。

  工业文明之所以比农业文明强,强的就是能量消耗程度,越是发达的文明越是需求能量。

  1000个人力,也比不过一台轰鸣的机器。

  一个国家能级跃迁后,可以轻易击败低耗能的国家,你人多是没有用的。

  可控核聚变技术得到突破后,石油、煤炭等能源,将会彻底沦为化工材料,甚至人类的粮食产量都会出现质的飞跃。

  现在的农业技术早已可以实现在无太阳光的条件下生产,把植物层层架空种植,理论上一亩地可以当几百亩地使用,土地什么的早已不是问题,无土栽培很简单。

  但前提条件,是用大量的人造灯光来给植物补充能量,这需要耗费大量的电能。

  按目前的电价,这么种粮食是血亏。

  但如果电价能便宜到近似于不要钱的地步,那粮食问题,就不再是个问题。

  可控核聚变的好处,任何稍具有科技常识的人都看得到。

  但做起来,真的很难。

  早期的人类科学家们尝试了很多方案,比如说仿星器、箍缩机、磁镜等,英国和美国在这方面的研究很深入,但最终都以失败告终。

  1亿度的温度实在是太离谱了,就连100万度都很离谱。

  可控核聚变,看起来完全行不通。

  1958年,在日内瓦举行的“原子与和平”大会上,苏联代表团公布了自己的研究成果,一种名为托卡马克的磁约束装置。

  其主要原理,是通过巨大的磁场来把超高温的等离子体约束在一定的空间内,创造出可控核聚变的条件。

  当时整个西方世界没人搭理苏联公布的这一信息,因为全人类提出的可控核聚变方案多如牛毛,全部失败,以科技发达自居的英美国家,当时压根看不上苏联的科技水平。

  但苏联一直在这条道路上默默研究。

  1968年,苏联宣布已经成功制造出了超过1000万度的等离子体,向可控核聚变迈出了大大的一步。

  整个西方世界都懵了,卧槽苏联的数据怎么这么吓人,不声不响的就1000万度了。

  于是英美法等国家立刻开始建立本国的托卡马克装置,把仿星器等路线扔到了一边。

  中国的第一台托卡马克装置建于80年代,由西南物理研究院在1984年建成完工,被称为中国环流器一号(HL-1)。

  建成后,成功让等离子体出现并存在了4秒。

  无论是温度等级还是持续时间,和世界先进水平相比,都实在是太落后了。

  但1990年,苏联快解体前夕,由于其经济十分困难,所以他们把自己以前建造过的第七个托卡马克装置T-7赠送给了我国。

  说是送,我们也没白拿,回赠了苏联好几车皮生活物资。

  这台T-7已经闲置荒废很多年了,实在是太破旧了,但结构基本完好,对我国很有研究启发意义。

  重建过程花费了足足5年,其过程基本和建个新的差不多。

  1995年,苏联的T-7在中国重建成功,改名HT-7,落地合肥中科院,所以又被称为合肥超环。

  在合肥超环的基础上,中国动工建造了新一代的超导卡马克装置,即HT-7U,缩写为EAST,即东方超环,在2006年完工。

  EAST上的核心技术有200多项、专利近两千项,汇聚“超高温”“超低温”“超高真空”“超强磁场”“超大电流”等尖端技术于一炉。

  同在2006年,中美欧俄日韩印七方共同签约,决定在法国建造国际热核聚变实验反应堆(英文缩写:ITER)。

  整体的费用,欧盟出资46%,其余国家每国出9%,共同参与这一项目。

  说是技术共享,但你能在里面学到多少东西,那是你自己的本事,别的国家不会教你。

  但对中国肯定是有好处的,于是我们参加了。

  2007年,整个项目的成本被评估为需要100亿欧元,由日本高官任总干事的职位,按计划2020年竣工。

  2010年,扯皮了3年多后,ITER项目终于开建,预估总成本增至150亿欧元。

  2014年,ITER项目的已投入建设成本已经接近了500亿美元。

  而美国能源部认为到了2025年,总成本还要上升至650亿美元。

  不仅贵,而且还慢。

  如今已经2021年了,整整14年过去,ITER项目还在烂尾,竣工日期被改为了2035年。

  在整个ITER项目里,只有中国按时完成了自己的那份任务,其余国家统统在拖后腿,没有一个完成计划表的。

  鬼知道到了2035年,他们还会不会继续拖。

  当然,中国对此早就有预估,毕竟外国修个公路都能修十年,建如此庞大的项目,延误工期再正常不过了,按期竣工那才叫奇怪。

  所以在2009年,中国就启动了自己的环流器二号项目,也就是这次成功实现1.2亿度条件下点火100秒以上的主角HL-2M。

  可控核聚变的技术发展框架,主要由“三重积定律”决定,就是聚变装置运行时的温度越高,粒子数密度越大,等离子体的维持时间越长,则可控核聚变越接近成功。

  这一次,中国的HL-2M直接在1.2亿度条件下,把人类的等离子体维持时间翻了5倍之多。

  说这是巨大的进步,一点不为过。

  在可控核聚变领域,中国已经从追赶者,成为了引领者。

  可控核聚变成功的意义不是钱可以衡量的,因为钱只是一般等价物,没有国家的生产力背书,钱一文不值。

  而可控核聚变,是真真正正能提高国家生产力的东西。

  谁先在这个领域拔得头筹,谁就能在国运的竞争中一马当先。

  2021年,我们还成功立项了新一代的中国聚变工程实验堆CFETR,预估2035年竣工,并制定了在2050年实现核聚变商业化的目标。

  而原本计划在2020年竣工的欧美ITER项目,却被直接延期到了2035年,和中国的新一代聚变实验堆同期完工。

  就是这个差距,让欧美从领先于中国,一下子变成了落后于中国。

  而且中国定下的工程项目,按历史经验来看,通常来说都只会提前,而不会延误。

  但欧美定下的工程项目,按历史经验来看,通常都只会延误,而不会提前。

  如果未来人类真的实现了核聚变发电,那么它点亮的第一盏灯,一定会在中国。

  酷玩实验室经授权转载

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