瀚海狼山:可控核聚变实用化的拦路虎到底在哪里?

2019-03-19 07:54:16   

可控核聚变是人类文明再上一个大台阶的唯一出路。因为人类的文明,无非就是对宇宙物质和能量的利用和改造,以及对人类自身和社会组织的进化和完善。但是能量的当前利用是一个非常大的限制。人类目前只能利用地球本身的表层物质和能量,最主要的是化石燃料。然后再少量利用来自太阳的辐射能。但是现有的能量利用机器,也就是各种发动机和发电机,都不能大规模的利用外太空的能量,而且转换效率极低。这就把人类限制在了地球和火星之间,甚至有人登陆火星都是可望而不可及。人类对地球化石能量的大规模利用,也严重的污染了地球表层环境本身,造成比较明显的温室效应和雾霾。这种利用方式,本身不能明显增加人类的平均寿命,反倒让生活质量普遍降低,健康受到负面影响。即使这样,地球表层可以被人类开发的化石能源,石油和天然气预计只能利用300年左右。
即使储量最大的煤炭,也不过能利用1000年左右。大规模燃烧煤炭带来的污染已经严重不符合未来全球对环境越来越高的要求。而仅仅靠风能、水电和天阳能又无法维持能量消耗越来越大的现代社会。至于向外空发展,则更是大问题。所有的这些,都指向一个终极解决方案,就是可控核聚变。一旦彻底解决了这个问题,那么人类可以在100年内开发全部太阳系是没有太大问题的。这个能量系统的突破,也是脱离地球的第一个前提。脱离地球并不是要抛弃地球,而是有更多的选择。中国古人早就说,狡兔三窟,仅仅换得不死而已。人类脱离地球生存,无非是在地球这个超级泰坦尼克号之外,多准备几艘救生艇,防止万一哪一天地球这艘巨轮撞上冰山——大概率是被直径30公里以上的小行星再撞一回。那么人类可以有逃生的机会,甚至可以直接用超级大马力的核聚变发动机把危险的小行星人为的推走!
而且一旦完成了核聚变大面积应用,为争夺能源而产生的战争的概率将大幅度下降。可控核聚变大规模工业化发电后,产生的电力的价格预计只有当前电价的百分之一甚至千分之一,再穷的群体和国家也可以得到极端便宜的电力。而且核聚变发电的大国根本用不了这么多的电力,可以超低价向穷国输电。这种状况下,人类的整体意识将产生一个大的升级。对地球本身的和平极为有利。但是前景如此美好,为何到今天可控核聚变不断有好消息,却仍然无法实现工业化发电呢?
根本原因,就是现有的两种约束方式,即激光惯性约束和磁等离子体约束可控核聚变的聚变状态维持的时间都太短!现在磁约束核聚变最多能维持10分钟,还是长耳朵家的技术。10分钟本身输出的能量还不够多。这是因为在地球上,激光约束和磁约束,都无法实现太阳中心的巨大压力,要实现连续可控的核聚变,只能不断加大温度,这造成地球上此类装置的温度可以高达1亿度,太阳核心核反应的1500万摄氏度与之相比,居然是相当凉爽的环境。但是不论是通过激光还是磁约束把核心烧到1亿摄氏度,都是相当费电的。
这就要求在装置可控核反应的时间,至少要维持30分钟,也就是半小时以上,才能让输出的能量远大于“预热”,也是点燃装置消耗的电力。目前距离这个30分钟的门槛看似只有3倍的时间差,实际上要达到这一点,必须再投入几百亿建造新的装置。而且要彻底实现工业化发电,最好这个装置可以连续反应1个月不中断。那么只要12台这种装置连续接力发电,就可以满足一个大国一大半的电力了。从10分钟到1个月,也就是43200分钟,还有4320倍的差距,而且这个差距不是数字的简单累加,而是指数级别的差距。这也是至今全球无法对可控核聚变工业化运营的最大拦路虎。


即使某个投入巨资的新装置实现了连续1月核聚变发电,此后的设备简化、储能上的技术也都是很大的障碍。虽然预计可控核聚变大规模实用化后,一度电可以便宜到现在的千分之一,但是在初期使用这种电力,一度电的成本可能需要几千元。但是只要能首先实现了核聚变工业化发电这个大前提,再逐步降低成本,总是有办法的。