9月逛南京清洁能源展,我搞懂了核聚变的真实模样

9月23号秋分,南京的桂花开了一半,我闲着没事溜去国展中心逛清洁能源展,本来就是想去看那个新出的光伏瓦片长啥样,没想到转过拐角,就撞见了半人高的核聚变装置模型。

亮蓝色的甜甜圈摆在展厅中央,周围围了七八个凑着拍照的人,我挤进去站了两分钟,突然发现之前看过的十几篇科普,都不如站在这看五分钟模型明白。

别再信“人造太阳”的偷懒比喻了

说实话,“人造太阳”这个词除了好记好传播,半点都不有助于普通人理解核聚变。

太阳本身的核聚变,跟我们人类要做的核聚变发电,根本不是一回事。太阳靠自身超大质量的引力把氢原子核死死压在一起,硬生生撞出新的原子核,放出能量。我们哪来这么大的引力?

我们只能走另一条路:把原料加热到一亿度以上,让原子核自己动得足够快,快到能冲破互相之间的斥力撞在一起,再靠磁场把这团高温原料框住,不能乱跑。现在绝大多数试验用的装置,就是这种甜甜圈形状的托卡马克装置。

托卡马克核聚变装置真空室实拍图
托卡马克核聚变装置真空室实拍图

那天站在模型前我才反应过来,这个环根本不是什么“装太阳的容器”,它就是给带电的等离子体修的专用跑道啊。一亿度的东西碰啥啥化,根本碰不了任何容器壁,只能靠磁场把它悬在半空,沿着这个甜甜圈一直绕圈,稳住了才能持续反应放出能量。

之前看好多科普说“只要温度到一亿度就能发电”,扯。温度够只是入门,你得把这团一亿度的等离子体稳稳定住,住够足够长的时间,让足够多的原子核发生反应,放出来的能量比你加热它用的能量多,才算赚了,才能谈发电。

就这一步,全世界的科学家攒了几十年,才刚跨过盈亏平衡线。

我当场问了展区工程师三个最关心的问题

那天运气好,刚好有个参与过国内聚变项目的工程师在展区答疑,我凑过去连问了三个憋了好久的问题,把我之前的误区全打破了。

第一个问题:核聚变发电是不是实现了就永远不用愁能源?

他笑,说哪有这么神。氘在海水里确实多,够人类用亿万年,但提炼氘也要花成本消耗能源啊。现在主流试验用的氚,天然存量少得可怜,还要靠锂来造,锂现在被动力电池抢得价格飞涨,初期成本一点都不低。就算未来装置成熟了,发电也要算运维成本,不可能说“一度电一分钱”,哪有天上掉馅饼的事。

第二个问题:不是说核聚变永远还有五十年吗?是不是一直在骗经费?

他掏出手机给我看了一张整理好的变化图,说你自己看,这几十年的进度明明白白。

全球核聚变装置能量增益比变化曲线图
全球核聚变装置能量增益比变化曲线图

能量增益比就是发出来的能量除以加热输入的能量,几十年前这个数不到0.1,也就是说发1度电要烧10度电,前些年我们国家EAST做到了1倍多,去年美国那边也突破了3,这不就是一步一步往前走吗?说永远五十年,那是圈外人的调侃,真干活的人一天都没停过。

这事本来就难啊,你换个角度想,让你拿绳子绑住一团跳动的火焰不让它散,难不难?我们现在要绑的是一亿度的等离子体,难一万倍都不止,慢一点太正常了。

第三个问题:核聚变安全吗?会不会像核裂变那样爆炸漏污染?

这个问题他答得最干脆:完全不用担心。核聚变反应对条件要求苛刻到离谱,稍微出一点偏差,等离子体瞬间就冷却散掉了,反应直接停,连持续的反应都维持不住,怎么可能炸?核污染更是无从谈起,产物是氦,惰性气体完全无害,比核裂变干净一万倍。

我们这代人,真能用上核聚变发的电吗

我们这代人,真能用上核聚变发的电吗
我们这代人,真能用上核聚变发的电吗

聊到最后我问他,你觉得你退休前能看到并网发电的聚变电站吗?

他想了想说,原型机并网试验,二十多年后就能实现,真的大规模商业化铺开,可能还要再二三十年。我今年四十多,退休前说不定能看到第一座商业化电站并网,至于用上,那肯定没问题。

说实话,那天之前我一直觉得核聚变是远在几百年后的东西,是写在科幻小说里的未来,跟我这辈子没关系。站在那个模型面前我才改了想法,它不是远在天边的神话,是一群人天天在实验室调参数、改设计、修装置,一点点攒出来的现实。

不过话说回来,我现在也不催它快点出来了。很多人现在习惯了什么都要快,今天投钱明天就要出成果,三个月就要看到收益,可核聚变这种级别的技术,本来就是人类的接力跑,这一棒接过来,传下去,总有跑到终点的那天。

那天我离开展厅的时候,风裹着外面的桂花香吹进来,落在亮蓝色的模型上,秋太阳斜斜扫过,把不锈钢的支架照得发亮。我突然觉得,这大概是人类最浪漫的探索之一了——宇宙里恒星才能玩的游戏,我们居然敢在地球上攒出这么一个装置,想要把它握在手里,给千家万户点灯。

还有比这更酷的事吗?

作者|科技

排版|科技

审核|阿辰

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