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第617章 核聚变基础知识 二

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    回到托卡马克这边。
    1968年英国人验货成功之后,全世界迅速进入了一段集体上头的时期。1970年代,几乎所有工业大国都认为:搞定核聚变,不过是二十年的事。
    美国人甚至画过一张着名的聚变能发展时间表,预测1990年代就能建成商用聚变电站。
    然后他们就被现实按在地上摩擦了五十年。
    问题出在哪?
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    那团等离子体实在太难伺候了。
    徐辰看到后来的文献时,才理解等离子体物理为什么被叫做物理学的最后堡垒。这团上亿度的带电气体,行为模式复杂到离谱——它会产生各种莫名其妙的不稳定性:扭曲丶撕裂丶突然崩塌。你把它约束住了,它就想方设法逃跑;你加热它,它就花式散热;你以为稳定了,它突然来一个大破裂——数百万安培的等离子体电流在几毫秒内消失,瞬间释放的能量足以把真空容器壁炸出坑来。
    不过技术确实也在进步,只是比所有人预期的都慢。
    早期托卡马克靠的是常规铜线圈产生磁场——但铜线圈通大电流会疯狂发热,能耗惊人,根本不可能长时间运行。到了1970年代末,人们意识到:要想让核聚变装置持续运行,就必须用超导磁体。
    超导体在极低温度下电阻为零,理论上一旦通上电流就可以永久维持磁场,几乎不消耗能量。这对聚变装置来说是质的飞跃。
    苏联的T-7装置,是世界上最早一批采用超导磁体的托卡马克。
    然后历史开了一个巨大的玩笑。
    1991年,苏联解体。
    曾经不惜一切代价搞科研的超级大国一夜之间四分五裂,卢布贬值到废纸,科研经费归零,连核物理学家的工资都发不出来。大量顶尖人才外流,世界级的实验装置面临被当废铁处理的命运。
    T-7超导托卡马克,就在这些废铁之中。
    而几千公里外的中国合肥,一群核聚变科学家看到了机会。
    他们用了一种极具时代特色的方式完成了这次交易——不是美元,不是黄金,而是几百万件羽绒服。
    没错,羽绒服。
    在1990年代初的俄罗斯,硬通货不是钱,是能穿的丶能用的实物。中国的轻工业产品,尤其是御寒衣物,在冰天雪地的俄罗斯比卢布值钱得多。
    就这样,一台价值数亿美元的超导托卡马克,被装进货柜运到了合肥。
    中国科学家拿到手后,对T-7进行了彻底的拆解丶研究和魔改升级,变成了HT-7——合肥超导托卡马克。这台装置让中国的核聚变研究直接跨越了二十年的技术代差,并且直接孵化出了后来的东方超环EAST——全超导托卡马克核聚变实验装置。
    EAST是人类历史上第一个全超导丶非圆截面的托卡马克,而它的根,就扎在那几百万件羽绒服上。
    徐辰看到这段历史时,挺感慨的。那一代科研人员的魄力和眼光,真不是盖的。
    ……
    但感慨归感慨,当他继续往下学,看清了可控核聚变的技术全貌后,一种凉意从后脊梁升了上来。
    从学术角度讲,可控核聚变的实现被分为五个阶段:
    第一步:加热。把等离子体加热到聚变反应所需的温度(约一亿度)。
    第二步:约束。用磁场把这团高温等离子体长时间稳定约束住,不让它乱跑丶不让它破裂。
    第三步:点火与自持。聚变反应产生的能量能够维持等离子体的温度,不再需要外部加热——也就是真正的点火。
    第四步:能量增益。产生的聚变能量显着大于投入的能量,实现Q值大于1(输出/输入比值)。Q>10才有工程意义,Q>30才具备商用可能。
    第五步:稳态运行。以上所有步骤能够稳定丶持续丶可控地运行,而不是闪一下就熄了。
    徐辰看完这五个阶段后,沉默了。
    因为人类目前走到的位置是——
    第一步。
    还没完全走完的那种第一步。
    所有那些他以前在新闻里看到的可控核聚变重大突破,什么等离子体温度达到两亿度丶放电时间突破千秒。全部,全部都还在第一步打转。
    温度到了,约束不住。约束住了,时间不够。时间够了,功率不够。功率够了,不稳定。
    而真正的聚变点火?只在少数几个实验堆中实现过,并且都是能量输出远小于能量输入的实验。
    唯一有正向的能量输出的,那是惯性约束那边。2022年12月,美国NIF确实首次实现了雷射聚变的科学能量增益,输出能量超过了雷射注入能量。但第一,那只是雷射到靶丸的能量比,不算给雷射器供电的能耗(算上的话,Q值只有百分之一左右);第二,那本质上就是在实验室里搓微型氢弹——离真正的发电站还隔着十万八千里。
    所以,永远的五十年,这句核聚变界最着名的自嘲,不是没道理的。
    1970年代说二十年后实现。1990年代说二十年后实现。2020年代还在说二十年后实现。
    每一代科学家都真心相信就差一点了,然后被那头等离子体狠狠教做人。
    ……
    徐辰放下资料,揉了揉太阳穴。
    顺带想到一个有点黑色幽默的事实:严格来说,人类其实早就在享受可控核聚变发电了。
    太阳内部的核聚变用的是重力约束,用整颗恒星的巨大质量产生的引力,把核心的等离子体压在一起。这种约束方式需要的质量门槛大约是0.08个太阳质量,换算成地球质量的话——
    大约需要八万个地球。
    而太阳的聚变能量,经过1.5亿公里的太空传播后,落在地球上,被光伏板接住,变成电。
    所以从广义上说,光伏发电,本质上就是利用重力约束型核聚变反应堆丶经过一个天文单位的远距离输电。
    只不过这个反应堆不归人类管而已。
    但这些都是题外话了。
    徐辰真正在想的是——
    系统给的任务,是三年内搞定可控核聚变。
    三年。
    全人类砸了七十年丶数千亿美元没搞定的事。五个阶段,目前连第一步都没走完。
    系统这是在坑他,还是说——真的有路?
    他盯着天花板,陷入了沉思。
    ……
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