可控核聚變的二種路徑 #2022.12.14
參考閱讀《世界五大尖端核聚變項(xiàng)目》zhuanlan.zhihu.com/p/147173640
一）前言
這是一篇口水文，完全沒(méi)有任何營(yíng)養(yǎng)。
要不是為了帶文末的海報(bào)廣告，俺根本就懶得寫(xiě)。水平和chatGPT差不多，廢話(huà)級(jí)科普文。
大家知道，俺的Major是物理。
聊聊本行，輕車(chē)熟路，信手拈來(lái)。
首先我們談?wù)劇昂司圩儭保司圩兊囊饬x，想來(lái)不必強(qiáng)調(diào)。
因?yàn)椤半娰M(fèi)”就是錢(qián)。
你能搞來(lái)源源不斷的電力，就是源源不斷的錢(qián)。
任何一種“廉價(jià)，清潔”的能源，都象割了阿拉伯土豪的老命。
如果你能率先研發(fā)出“核聚變”,你也可以象阿拉伯王子一樣富。
光靠賣(mài)電費(fèi)，躺著辦世界杯。
二）核聚變
核聚變的原理，非常簡(jiǎn)單。
把幾個(gè)氫原子，捏在一起，就聚變了。
唯一的難點(diǎn)，這個(gè)“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，原子之間，本身是有“斥力”的。
靠了太近會(huì)談開(kāi)。
一個(gè)比較簡(jiǎn)單的方案，讓原子具有“動(dòng)能”。
當(dāng)原子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，如狂奔的野牛，就算有斥力，只要你速度足夠快。還是可以撞擊在一起。
這個(gè)“足夠快”的速度，理論測(cè)算，大概是攝氏100000000度。
1億度高溫，就是“核聚變”的觸發(fā)。
把一堆狂暴的原子，壓縮到極小的區(qū)域，即可聚變
歐美人采取的方案，叫做“反射激光”。我們發(fā)現(xiàn)，歐洲人特別喜歡走反射路線(xiàn)。上次發(fā)現(xiàn)引力波，也是靠400倍的反射。
如圖，由A點(diǎn)發(fā)出一束激光，經(jīng)過(guò)中央的反射鏡反射，然后轉(zhuǎn)到B點(diǎn)。
再依次轉(zhuǎn)到C點(diǎn)，D點(diǎn)。
這樣，一束激光，就一分為四。成為4束“同源激光”。
（實(shí)際是6束，還有上下）
為什么要“同源激光”呢，因?yàn)樗_。
普通的二束光，還是有差異，還是有雜質(zhì)。
只有“同源”，這才是同一束光。
然后，你在儀器核心，放一小團(tuán)氫（氚）。
這一小團(tuán)的H3，量非常非常小，最小可能就數(shù)百個(gè)原子。
這一小團(tuán)氫，被“上下左右前后”，六個(gè)方向的激光，牢牢鎖住，施加壓力。
此時(shí)，“同源激光”就顯得非常之重要。
這些光譜，必須100%的相同。否則，這么大壓強(qiáng)之下，只要有一個(gè)角不均衡，氫立刻逃逸而出。
精密物理，向來(lái)是歐洲的強(qiáng)項(xiàng)。
他們走的技術(shù)路線(xiàn)，充分享用幾百年工業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)長(zhǎng)處。
當(dāng)6個(gè)方向，壓力完全一樣。
然后激光不斷加強(qiáng)，加大力量。將氫原子活動(dòng)范圍不斷壓迫。
最后，越壓越緊，越壓越緊。
實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。
（國(guó)家點(diǎn)火裝置）
三）托卡馬克
中國(guó)人走的，是另一條路線(xiàn)。
核聚變的前提，需要1億度溫度。
那就加熱到一億度好了。
問(wèn)題是，怎么做到呢。
中國(guó)的教科書(shū)，一直有個(gè)段子，叫做“超級(jí)溶液”，可以溶化一切的強(qiáng)酸。
當(dāng)時(shí)書(shū)上的嘲諷，寫(xiě)道“當(dāng)你研究出來(lái)，你用什么容器裝呢”。
物理學(xué)精神，顯然不贊成這種武斷的看法。
再耐熱的太空材料，在5000度高溫時(shí)，也基本全瓦解了。
10000度以上的超高溫，乃至1億度，只有一樣?xùn)|西可以約束：
磁瓶
雖然任何東西，接觸你都會(huì)被燒毀。
但如果你是帶電的呢；
我就可以用一個(gè)“磁場(chǎng)”捆住你，讓你在磁場(chǎng)中，不停地打轉(zhuǎn)。
所以中國(guó)人搞出這么一個(gè)玩意，這玩意叫做“托卡馬克”。
托卡馬克的原理很簡(jiǎn)單，用強(qiáng)大無(wú)比的“磁場(chǎng)”，捆住爐內(nèi)的高溫氫氣。
只要我把你捆住了，接下來(lái)怎么燒，怎么反應(yīng)，還不都是我說(shuō)了算。
這個(gè)思路聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但實(shí)際操作中，
搞一個(gè)這么強(qiáng)大的磁場(chǎng)，需要多少錢(qián)。
答案是需要無(wú)數(shù)無(wú)數(shù)的錢(qián)。
因?yàn)榇艌?chǎng)一旦強(qiáng)了，你必然要上“超導(dǎo)體”，否則光每天的電費(fèi)損耗，你也吃不消。
而常溫超導(dǎo)既然沒(méi)有發(fā)明，你就只能把他們都泡在液氮里面。
所以這一整套系統(tǒng)，說(shuō)什么也不會(huì)便宜。
但從另一個(gè)角度想，系統(tǒng)再?gòu)?fù)雜，無(wú)非就是一些電，磁，超導(dǎo)，液氮，沒(méi)啥精密高科技。
只不過(guò)特別高壓，特別高磁，特別高能。
這叫什么，這叫“大型基建”啊。
大國(guó)重器，堆資源堆人力堆物料，恰恰是中國(guó)最擅長(zhǎng)的。
“基建狂魔”就是可以搞得出，歐洲人搞不定的超級(jí)工程。
目前在“托卡馬克”這一類(lèi)研究路線(xiàn)上，中國(guó)遙遙領(lǐng)先。
據(jù)說(shuō)，剛實(shí)現(xiàn)了100秒*1.2億度的運(yùn)行。
* 說(shuō)一句題外話(huà)，1989年時(shí)，有二位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者，號(hào)稱(chēng)他們靠化學(xué)的方法，在實(shí)驗(yàn)室做出了核聚變。
可是再次復(fù)盤(pán)，沒(méi)有任何人可以重復(fù)他們的實(shí)驗(yàn)。二位獎(jiǎng)主最后也語(yǔ)焉不詳，不確定具體步驟。
鑒于此二人的巨大聲譽(yù)，成了一樁懸案。類(lèi)似抹除記憶。
四）點(diǎn)火
近期，美國(guó)人號(hào)稱(chēng)他們?cè)凇昂司圩儭鳖I(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了重大突破。
首次實(shí)現(xiàn)，輸出能量 > 輸入能量，業(yè)界俗稱(chēng)“點(diǎn)火”。
這是什么意思呢，“核聚變”科技樹(shù)，可以細(xì)分為幾個(gè)階段：
發(fā)生聚變
點(diǎn)火
盈利
大規(guī)模商用
核聚變的第一步，首先你要讓“反應(yīng)”發(fā)生。
無(wú)論再怎么微弱，哪怕僅爆炸幾個(gè)原子，也是物理學(xué)的大事。證明此路可通。
第二步，則是“點(diǎn)火”。
輸出能量 > 輸入能量
點(diǎn)火的意思，代表你不用再伸手向財(cái)政要錢(qián)了。
這么大一個(gè)托卡馬克，光運(yùn)行起來(lái)，就需要無(wú)數(shù)的能量。
外界的液氮降溫，電場(chǎng)磁場(chǎng)轟鳴，把磁場(chǎng)加速到地球尺度的十萬(wàn)倍，這些都是巨大開(kāi)銷(xiāo)。
如果你核聚變的產(chǎn)出，能抵消這些。
“廠(chǎng)長(zhǎng)”的腰包壓力，大大減輕了。
當(dāng)然，一個(gè)核電站要運(yùn)行，光有“點(diǎn)火”是不夠的。
你還有幾千號(hào)人的工資，還要繳稅，還要交社保，還要黨建團(tuán)建和旅游。
最理想，應(yīng)該是輸出能量 > 輸入能量110%
這樣，咱還能賺點(diǎn)電費(fèi)，把商業(yè)上的盈虧平衡點(diǎn)打平了。
等到“財(cái)務(wù)上打平”，后面就是一片坦途了。
* 歐洲目前的激光方案，是不可能商業(yè)化的。因?yàn)槊恳淮伪ù蛲辏す舛紩?huì)移位。
下一次點(diǎn)火，需要重新調(diào)制激光，瞄準(zhǔn)聚焦。
打一槍?zhuān)枰獛讉€(gè)小時(shí)，甚至幾天的時(shí)間。
五）隨庫(kù)的看法
最后講一點(diǎn)，班門(mén)弄斧，胡說(shuō)八道的想法。
你要問(wèn)我對(duì)核聚變?cè)趺纯?，我顯然是認(rèn)為，這二種方案都是錯(cuò)的。
目前的核聚變方程，主要是H+H=He，氫氦反應(yīng)。
但這個(gè)反應(yīng)，很不劃算。
它的主要產(chǎn)物，是Neutron中子。而且是高能中子。
“砰”的一下，從爆炸的中心飛出來(lái)，而且是不知道方向的亂飛。
只能在管壁上，涂一層厚厚的，吸收中子的材料。
中子飛到管壁上，加熱管壁。
管壁加熱熱水。
熱水去燒蒸汽機(jī)。
蒸汽機(jī)變機(jī)械能
機(jī)械能發(fā)電
可見(jiàn)，這樣一種反應(yīng)，“能量轉(zhuǎn)化”涉及五步，損耗非常大。
目前核聚變能量損耗之大，有人建議核聚變直接改為垃圾焚燒場(chǎng)
而且器械受中子撞擊，類(lèi)似于人體受到核輻射。
會(huì)打斷化學(xué)鍵，使器械發(fā)送空洞，壽命不可控。
整幢電廠(chǎng)，隨時(shí)存在安全隱患，無(wú)法根除，只能整體更換外罩。
我樸素認(rèn)為，核聚變的產(chǎn)物，最好是一種“帶電粒子”。
我們寧可去，高得多的方程式去尋找，哪怕遭遇更高的門(mén)檻。
如果產(chǎn)物是“帶電粒子”的話(huà)，它直接就可以被磁場(chǎng)捕捉。
所攜帶的龐大能量，可以非常高效地，近乎無(wú)損地，轉(zhuǎn)化為電力。
（知名不具，泠夜輝）
寫(xiě)篇文章，就是為了帶帶海報(bào)。
憂(yōu)郁的畫(huà)家，音樂(lè)家，詩(shī)人，濟(jì)南才子西塞羅。12月19日直播。
另外，要搞重慶團(tuán)購(gòu)了。
