中国可控核聚变再创纪录，未来一度电1毛并非遥远

莲花台

未来10年到20年或许将是可控核聚变商业化的关键阶段。 1 这几年全球可控核聚变技术一直不断取得突破，而中国作为全球核聚变技术最先进的国家之一，我们自然不甘落后。 近日，中核集团核工业西南物理研究院又发布了一个振奋人心的消息： “中国环流三号”实现百万安培亿度H模，创造新的纪录！ 这是啥意思呢？ 其实我们也看不懂！ 但根据一些专业人士的解答，简单来说就是“中国环流三号”装置同时实现等离子体电流一百万安培、离子温度1亿度、高约束模式运行，综合参数聚变三乘积再创新高，达到10的20次方量级。 那这个技术的突破有什么意义呢？这意味着可控核聚变距离走进现实已经越来越近了。 核聚变最关键的一个环节是点火。 但这个点火可不会像大家打火机一样这么简单，它的条件极为苛刻，需要在高温、高压环境下才能将比较轻的原子分裂并重新合成一个较重的原子核，在这个过程当中释放能量。 当然可控核聚变想要实现商业化，除了点火释放能量之外，最关键的是要让释放的能量大于损耗的能量，实现“劳森判据”，也就是可控核聚变产生的能量不仅要能够转化为电能，还有一部分要回授给等离子体用于持续的循环。 想要达到这个目标，必须具备三个条件。 一个是足够高的温度，至少达到1亿℃以上。 二个是足够高的密度，比如消耗1吨燃料氘产生的能量相当于330万吨煤的能量。 三个是足够长的能量约束时间，按照目前的技术水平，能量约束时间至少需要达到100秒才能实现能量增益（能量输出大于能量消耗）。 接着再将以上三个条件相乘得到一个数据，也就是聚变三乘积。 根据劳逊判据，只有当聚变三乘积大于5×10^21m-3·s·keV才可能会产生有效的聚变功率输出。 而目前中国环流3号三乘机已经达到10的20次方量级，已经无限接近点火的条件。 这说明我们掌控可控核聚变技术是具有现实可行性的。 这是非常振奋人心的一个消息。 2 一旦未来可控核聚变成为现实，它将重塑人类的能源格局。 目前人类的能源来源主要有煤炭、石油、天然气、可再生资源（水能、风能、太阳能、潮汐能等）。 这里面煤炭、石油、天然气占据了全球绝大部分能源市场份额。 而目前这些石化燃料主要掌握在中东等少数国家的手中，这对于全球能源来说，其实是一个不稳定因素。 有时候因为一个局部的战争就有可能导致石油价格大幅上涨，全球能源成本大幅上升。 尤其是对于我国来说，我们石油进口依赖度超过70%，原油的波动对我们影响非常大，而且有时候从中东进口的石油还被一些人说三道四。 最关键的是这些石化能源是不可再生资源，其中全球煤炭可开采的时间也就剩余200多年。 而根据中国石油勘探开发研究院预测的数据，全球剩余油气可采储量为3908亿吨油当量。 按照全球油气剩余可开采量来推算，能够开采的估计也就几十年，最多估计不会超过100年。 那100年之后怎么办呢？ 没有石油汽车要不要开？其他依赖油气的设备要不要运行？ 可能有些朋友会说，没有油气，我们可以用电。 但现在全球大部分发电厂都依靠煤炭，200多年之后煤炭也消耗没了，到时候怎么办呢？仅靠高风能、太阳能、水电这些能够行得通吗？ 根本行不通，因为这些可再生资源受自然环境影响太大了。 比如前两年我国西南地区出现大旱，包括云南等一些地方都出现缺电，很多地方都拉闸限电了。 在这些可再生能源不稳定的情况下，未来人类对电力的需求还越来越大。 尤其是随着人工智能的发展，算力消耗将成为最大的能源消耗之一，到时说不定全球电力更加紧张。 面对这种局势，该怎么办呢？ 可能有朋友会说，可以大力发展核裂变电站呢。 但是大家忘了当年日本福岛核电站泄漏事件了吗？至今仍然让大家心有余悸，甚至连欧洲很多国家都不敢发展核电了。 看到这大家是不是对未来人类的能源感到绝望？ 石化能源会枯竭，再生能源不稳定，核电站又有风险，难道就没有其他出路吗？ 可控核聚变才是人类能源未来最大的希望。 3 大家都知道核聚变释放的能量是非常猛的，比如太阳就是非常典型的一个核聚变，它可以源源不断地释放出巨大的能量。 对于核聚变，人类早就掌握了技术，比如氢弹就是很典型的一个例子。 但类似氢弹这种核聚变技术是不可控的，一枚炸弹就可以把一个城市给炸毁了，其破坏性难以想象。 如果能够发明出一种装置，人类能够自由控制这种核聚变，就完全不一样了。 为了这个目标，人类已经奋斗了几十年。 自1932年,澳大利亚科学家欧里芬特和英国科学家拉瑟弗首次实现了人工核聚变以来，人类已经奋斗了近百年，但仍然没法驯服核聚变。 不过人类的努力终究是会有成果的。 最近几年，全球一些主要国家的核聚变开始开花结果，尤其是中国的可控核聚变更是处于全球领先的位置。 按照目前核聚变的发展趋势来看，可控核聚变已经从实验阶段慢慢进入了工程验证阶段。 比如中国已经在安徽合肥建造紧凑型聚变能实验装置(BEST)项目。 这个项目将真实产生能量，演示聚变能发电，为可控核聚变的商业化打下基础。 按照可控核聚变技术的发展速度来看，很多人都预测2040年到2050年之间可控核聚变有可能会正式商业化。 一旦可控核聚变走进现实生活，就可以让人类真正地实现“能源自由”，而且电价有可能会大幅下降。 虽然核聚变电站前期的成本非常高昂，一个普通的核聚变电站投资就可能达到数百亿元，甚至上千亿元。 但核聚变的原料成本很低，而且取之不尽，用之不竭。 目前核聚变的原料主要是氘跟氚。 其中氘在自然界当中存量非常大，每升海水中含有约 0.03克氘，理论上仅在海水中就储藏有45万亿吨的氘，按照1:330万的能量比来算了，这个储量相当于14850亿亿吨的煤炭当量，至少够人类使用100亿年。 这里面最关键的是氚，目前氚自然界当中没有，只能通过实验室产生，而且很昂贵，一克氚的价格二三十万，比钻石还贵。 但这个并不是问题，在建造可控核聚变电站的时候，可以在聚变装置内壁加一层锂，用聚变产生的中子轰击锂原子核，这样就可以源源不断地获得氚，目前锂的储量是非常庞大的，价格也没有那么贵。 除此之外，随着可控核聚变技术的不断进步，如果未来装置温度可以达到3亿度以上，可以实现氘氘聚变。 如此一来，可控核聚材料价格就会大幅降低，一度电的原材料成本估计就几分钱。 要是能够实现这一步，那人类就可以真正地实现“能源自由”。 而且核聚变电站的寿命可以达到三四十年，把时间拉长之后，其边际成本就会大幅下降，就算前期的投入成本比较高，但平均到每度电上的价格估计不会高，实现一度电一两毛钱并非不可能。