蹲了三天科学岛,我终于懂了核聚变为啥还没通上电

下高铁的时候风裹着满街的桂花香,打车去科学岛,司机师傅从后视镜瞟了我两眼,问“又是去看那个人造太阳的?我家儿子上周刚跟着学校去参观,回来吵着以后要去那上班”。

我笑着点头。其实出发前我也跟大多数人一样,对核聚变的认知还停留在课本里的“太阳靠这个发光,未来能解决能源问题”,总觉得这东西离得太远,跟科幻片里的设定差不多。直到在岛上蹲了三天,跟所里的研究员蹲在食堂门口啃了两顿盒饭,才发现以前的认知全错了。

真的。

课本里的核聚变,其实藏了个大BUG

高中物理书里写,两个轻的原子核凑到一起,变成重核,会放出巨大的能量,这就是核聚变。话是没错,但没人告诉你,这些带正电的氢核,天生就跟仇人似的,离得远了就互相排斥,根本凑不到一块去。

要让它们撞在一起,得把温度拉到1亿度以上,让这些粒子跑得比子弹还快,快到电磁力的排斥拦不住,才能撞到一起发生反应。

我第一次听研究员说这话的时候,差点把手里的矿泉水拧爆——合着我们搞了几十年,就是在跟“同性相斥”这个刻在物理课本里的常识对着干?

太阳为啥能成?人家核心压着2000亿个大气压的重力,把氢核死死按在一块,根本不给它们躲的机会。但我们在地球上,哪来这么大的压力?

合肥科学岛EAST装置内部环形真空室实拍
合肥科学岛EAST装置内部环形真空室实拍

所以我们才搞出了磁约束的路子——用超强的磁场,把1亿度的等离子体兜在环形的真空室里,不让它碰到任何管壁。这东西只要碰到管壁,温度瞬间就掉下来,反应直接熄火。

之前网上总有人抬杠:“1亿度的东西,为啥怕碰?”真的,它温度是高,但总能量密度低得可怜,就像你拿个打火机在冰面上烧,火焰温度再高,也化不了多大一块冰。你得让它持续烧,烧到放出来的能量比你输进去的还多,才算真的成了。

那些刷爆热搜的“破纪录”,到底算个啥

我之前每次刷到“我国实现1.2亿度等离子体运行101秒”的新闻,都以为离家里用上核聚变发的电不远了,结果跟研究员聊完才知道,这些成绩,连及格线都没摸到。

真正要商用,得同时满足三个苛刻到离谱的条件:温度够1亿度以上,让氘氚的反应率足够高;密度够,就是真空室里的等离子体不能稀稀拉拉的,得足够密,不然粒子跑太快,根本撞不到一起;还有约束时间够长,就是你把这团等离子体兜住的时间,得长到反应放的能量,比你用来加热、维持磁场输进去的能量还多。

这个能量输出和输入的比值,就是行业里常说的Q值。Q值大于1,才叫“能量净输出”,大于10,才够得上商用发电的门槛。

之前那些上热搜的破纪录,要么是温度够了但密度不够,要么是密度够了但只撑了几毫秒,离Q值到10的目标,还有好几个量级的差距。

核聚变Q值与商用门槛对比示意图
核聚变Q值与商用门槛对比示意图

研究员给我打了个特别接地气的比方:这就像你在家煮火锅,你得先把火点着(温度够),得锅里有足够的水和菜(密度够),得让火持续烧,烧到锅里的水一直滚着,煮出来的食物够多,比你烧火用的天然气还值(Q值够)。现在我们的进度,大概就是刚把火点着,试着往锅里加了两滴水,离“煮够全村人吃的火锅”,差得远呢。

对了,之前还有人问,核聚变的燃料是不是很贵?其实根本不是。我们用的氘,直接从海水里就能提取,一升海水里的氘,聚变放出来的能量相当于300升汽油,全球海水中的氘储量,够人类用几百亿年,根本用不完。

别等“永远还有50年”了,现在的进度条真的在动

别等“永远还有50年”了,现在的进度条真的在动
别等“永远还有50年”了,现在的进度条真的在动

我上学的时候就听人说,核聚变永远还有50年就能商用,这话我听了快十年,本来都信了。结果这次在岛上聊下来,才发现最近几年的进度,真的跟以前不一样了。

早年间的约束时间,都是按毫秒算的,闪一下就没了。现在已经能稳定维持在百秒级,而且之前大家都是在实验室里做基础原理验证,现在不管是公立科研机构,还是民间的创业团队,都在往“把约束时间拉到千秒级,把Q值拉到10”的目标冲。

临走的时候研究员带我去看他们的控制中心,一整面墙的屏幕跳着实时的温度、密度曲线,旁边几个刚毕业的小孩蹲在椅子边啃外卖,眼睛黏在屏幕上,跟我当年大学宿舍开黑打排位的样子一模一样。

我突然就有点鼻酸。

之前总觉得“永远还有50年”是个玩笑话,现在才明白,哪有什么凭空来的突破啊,就是一群人坐在屏幕前面,盯着那些跳来跳去的曲线,今天把约束时间提1秒,明天把磁场稳定性提1%,一点一点啃硬骨头。

当然也不是没有糟心的时候。研究员说,上次做实验,本来要撑120秒,结果因为一个传感器误报,直接提前停了,全组人加班到半夜查原因,就为了那几秒钟的差距。

还有人担心核聚变不安全,有核辐射。其实真的想多了——核聚变的反应产物是氦,就是我们充气球的那个东西,没有任何放射性。只是反应过程中会有中子打在装置的内壁上,时间长了内壁材料会带放射性,但那个放射性的半衰期只有几十年,跟核裂变那种要存几万年的高放废物,根本不是一回事。

坐公交回市区的时候,风还是满街的桂花香,手机弹出来一条推送,说某个海外的研究团队,刚把Q值提到了1.5。

我盯着屏幕笑了笑。

哪需要什么宏大的叙事啊。就像你攒钱买房子,今天存一点,明天存一点,看着数字慢慢涨,就知道总有一天能住进去。

等真的用上核聚变发的电那天,大概也会是个桂花香的秋天吧。

作者|科技

排版|科技

审核|小北

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