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观雨大神经:美国的核聚变要成了吗?|2022-12-21

 

作者:谈书

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当地时间12月13日,美国能源部宣布,激光核聚变取得突破性进展,实现了能量输出/能量输入之比“Q值”大于1。

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这则新闻立刻轰动全球,国内媒体也是一片沸腾,人类努力了大半个世纪的能源革命似乎马上就要大功告成,美国人再次站在了世界之巅。

事实果真如此吗?要搞清楚这个问题,就得先从核聚变的原理说起了。

 

核聚变的原理

核裂变就是铀235或者钚239等重原子核裂变释放能量

而核聚变就是较轻的原子核聚变成较重的原子核,一般用氢的同位素氘[dāo]或者氚[chuān]聚变释放能量

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与核裂变相比,核聚变不仅没有后续核污染问题,而且所需的材料氘是大海中普遍存在的元素,地球上的储量极其丰富,不像铀235那么稀有。

所以如果掌握了可控核聚变技术,就等于掌握了几乎无限的能源,人类的能量级别就可以跃升一个大台阶,甚至会带来新的工业革命。

但遗憾的是,虽然不可控核聚变(氢弹爆炸)早早就实现了,但缓慢释放能量的可控核聚变却迟迟搞不定,为此人类已经努力了大半个世纪。

为什么可控核聚变那么困难呢?

这是因为需要极端的高温高压才能使氘或氚的原子核克服电磁斥力,在足够近距离发生碰撞聚变成氦并释放能量。

如果是氢弹那就很好办,只需要用一个原子弹来引爆,其产生的高温高压就足以让氘或氚发生聚变。

只管炸不管控制总是简单的,但如果想让能量释放变得可控,而不是一家伙就毁掉一座城市,那就是另外一回事了。

创造上亿度的高温高压环境已经相当困难,但真正的世纪难题是如何维持这个环境,这就相当于捧着一束上亿度的“烫手山芋”。目前没有任何已知的材料可以承受如此高温而不气化。但是如果想用可控核聚变要来发电,就只能想办法创造一个容器一直捧这束上亿度的“烫手山芋”。

最终科学家们想到了强磁场,在真空区间内,靠强磁场约束住超高温等离子体不扩散开。

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这就是“托卡马克”磁约束装置的原理。

但是新问题又来了:

超强磁场虽然能约束住超高温等离子束不把容器给毁了,但是要维持超强磁场本身就需要很大外界电力来维持。目前维持这套“托卡马克”磁约束装置运转消耗的电力,比核聚变本身产生的能量还要多。

输出能量小于输入能量,这套系统自然就是亏本买卖,发电无从谈起。

所以要想实现核聚变发电,首先要做到就是出能量必须大于输入能量,起码这套装置得是正能量装置,才有可能实现后面的可持续发电。

目前比较成熟的“托卡马克”磁约束装置已经能做到了输出/输入能量的比值Q值为0.6左右。虽然距离1还有一点距离,但人类一直在接近。

而这时候突然美国宣布他们已经把核聚变的Q值搞到了1.5,这当然举世震惊,给人的感觉就是“人类新的工业革命近在眼前了!

如果真如人们所愿,那确实是人类能量利用的里程碑式革命。毕竟人类每次工业革命,都伴随着能源跃升。

然而……

 

避重就轻

美国这次用的是惯性约束激光点火方案。这套方案跟上面说的磁约束方案截然不同,完全是另一棵科技树上的玩意。

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原理大概是这样:

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