可控核聚变的二种路径 _#2022.12.14

参考阅读《世界五大尖端核聚变项目》

zhuanlan.zhihu.com/p/147173640

一）前言

这是一篇口水文，完全没有任何营养。

要不是为了带文末的海报广告，俺根本就懒得写。水平和chatGPT差不多，废话级科普文。

大家知道，俺的Major是物理。

聊聊本行，轻车熟路，信手拈来。

首先我们谈谈“核聚变”，核聚变的意义，想来不必强调。

因为“电费”就是钱。

你能搞来源源不断的电力，就是源源不断的钱。

任何一种“廉价，清洁”的能源，都象割了阿拉伯土豪的老命。

如果你能率先研发出“核聚变”,你也可以象阿拉伯王子一样富。

光靠卖电费，躺着办世界杯。

二）核聚变

核聚变的原理，非常简单。

把几个氢原子，捏在一起，就聚变了。

唯一的难点，这个“捏合”，需要非常小的尺度。

大概是原子核的尺度。

而另外一方面，原子之间，本身是有“斥力”的。

靠了太近会谈开。

一个比较简单的方案，让原子具有“动能”。

当原子高速运动时，如狂奔的野牛，就算有斥力，只要你速度足够快。还是可以撞击在一起。

这个“足够快”的速度，理论测算，大概是摄氏100000000度。

把一堆狂暴的原子，压缩到极小的区域，即可聚变

如图，由A点发出一束激光，经过中央的反射镜反射，然后转到B点。

再依次转到C点，D点。

这样，一束激光，就一分为四。成为4束“同源激光”。

（实际是6束，还有上下）

为什么要“同源激光”呢，因为它要精确。

普通的二束光，还是有差异，还是有杂质。

只有“同源”，这才是同一束光。

然后，你在仪器核心，放一小团氢（氚）。

这一小团的H₃，量非常非常小，最小可能就数百个原子。

这一小团氢，被“上下左右前后”，六个方向的激光，牢牢锁住，施加压力。

此时，“同源激光”就显得非常之重要。

这些光谱，必须100%的相同。否则，这么大压强之下，只要有一个角不均衡，氢立刻逃逸而出。

精密物理，向来是欧洲的强项。

他们走的技术路线，充分享用几百年工业化的经验长处。

当6个方向，压力完全一样。

然后激光不断加强，加大力量。将氢原子活动范围不断压迫。

最后，越压越紧，越压越紧。

实现点火。

（国家点火装置）

三）托卡马克

中国人走的，是另一条路线。

• 核聚变的前提，需要1亿度温度。

• 那就加热到一亿度好了。

问题是，怎么做到呢。

中国的教科书，一直有个段子，叫做“超级溶液”，可以溶化一切的强酸。

当时书上的嘲讽，写道“当你研究出来，你用什么容器装呢”。

物理学精神，显然不赞成这种武断的看法。

再耐热的太空材料，在5000度高温时，也基本全瓦解了。

10000度以上的超高温，乃至1亿度，只有一样东西可以约束：

磁瓶

虽然任何东西，接触你都会被烧毁。

但如果你是带电的呢；

我就可以用一个“磁场”捆住你，让你在磁场中，不停地打转。

所以中国人搞出这么一个玩意，这玩意叫做“托卡马克”。

只要我把你捆住了，接下来怎么烧，怎么反应，还不都是我说了算。

这个思路听起来很简单，但实际操作中，

答案是需要无数无数的钱。

因为磁场一旦强了，你必然要上“超导体”，否则光每天的电费损耗，你也吃不消。

而常温超导既然没有发明，你就只能把他们都泡在液氮里面。

所以这一整套系统，说什么也不会便宜。

但从另一个角度想，系统再复杂，无非就是一些电，磁，超导，液氮，没啥精密高科技。

只不过特别高压，特别高磁，特别高能。

目前在“托卡马克”这一类研究路线上，中国遥遥领先。

据说，刚实现了100秒*1.2亿度的运行。

* 说一句题外话，1970年时，有二位诺贝尔化学奖的获得者，号称他们靠化学的方法，在实验室做出了核聚变。

可是再次复盘，没有任何人可以重复他们的实验。二位奖主最后也语焉不详，不确定具体步骤。

鉴于此二人的巨大声誉，成了一桩悬案。类似抹除记忆。

四）点火

近期，美国人号称他们在“核聚变”领域，实现了重大突破。

首次实现，输出能量 > 输入能量，业界俗称“点火”。

1. 发生聚变

2. 点火

3. 盈利

4. 大规模商用

核聚变的第一步，首先你要让“反应”发生。

无论再怎么微弱，哪怕仅爆炸几个原子，也是物理学的大事。证明此路可通。

第二步，则是“点火”。

输出能量 > 输入能量

点火的意思，代表你不用再伸手向财政要钱了。

这么大一个托卡马克，光运行起来，就需要无数的能量。

外界的液氮降温，电场磁场轰鸣，把磁场加速到地球尺度的十万倍，这些都是巨大开销。

如果你核聚变的产出，能抵消这些。

“厂长”的腰包压力，大大减轻了。

当然，一个核电站要运行，光有“点火”是不够的。

你还有几千号人的工资，还要缴税，还要交社保，还要党建团建和旅游。

最理想，应该是输出能量 > 输入能量110%

这样，咱还能赚点电费，把商业上的盈亏平衡点打平了。

等到“财务上打平”，后面就是一片坦途了。

* 欧洲目前的激光方案，是不可能商业化的。因为每一次爆炸打完，激光都会移位。

下一次点火，需要重新调制激光，瞄准聚焦。

打一枪，需要几个小时，甚至几天的时间。

五）随库的看法

最后讲一点，班门弄斧，胡说八道的想法。

你要问我对核聚变怎么看，我显然是认为，这二种方案都是错的。

但这个反应，很不划算。

它的主要产物，是Neutron中子。而且是高能中子。

“砰”的一下，从爆炸的中心飞出来，而且是不知道方向的乱飞。

只能在管壁上，涂一层厚厚的，吸收中子的材料。

• 中子飞到管壁上，加热管壁。

• 管壁加热热水。

• 热水去烧蒸汽机。

• 蒸汽机变机械能

• 机械能发电

可见，这样一种反应，“能量转化”涉及五步，损耗非常大。

目前核聚变能量损耗之大，有人建议核聚变直接改为垃圾焚烧场

而且器械受中子撞击，类似于人体受到核辐射。

会打断化学键，使器械发送空洞，寿命不可控。

整幢电厂，随时存在安全隐患，无法根除，只能整体更换外罩。

我朴素认为，核聚变的产物，最好是一种“带电粒子”。

我们宁可去，高得多的方程式去寻找，哪怕遭遇更高的门槛。

如果产物是“带电粒子”的话，它直接就可以被磁场捕捉。

所携带的庞大能量，可以非常高效地，近乎无损地，转化为电力。

（知名不具，泠夜辉）

写篇文章，就是为了带带海报。

忧郁的画家，音乐家，诗人，济南才子西塞罗。12月19日直播。

另外，要搞重庆团购了。