2025年12月9日 IT频道最新文章 IT频道最新文章

科幻片变现实,可控核聚变进入新阶段,“人造太阳”离我们有多远

这篇经济评论分析一升海水抵300升油?核聚变,人类能源的终极希望,现实中各国争相研发的“人造太阳”,这个听起来完美的能源方案,人类已经追了70多年,今天小林哥就带大家来探秘可控核聚变到底实现了没?离我们用上“聚变电”还有多久?

原子级“握手”:核聚变不是魔法是科学

提到新能源,大家最先想到的可能是屋顶的太阳能板,或是公路上的电动车但这些都不算“终极方案”,真正能让人类摆脱能源焦虑的,藏在微观世界里——核聚变,这个听起来高深的词,说白了就是让两个小原子“手拉手”变成一个大原子,过程中释放出惊人能量。

平时说的“氢”,是宇宙中最轻的元素,它的两个同位素氘和氚,就是核聚变的最佳“原料”,氘这东西特别好找,一升海水里就能提取出约0.03克,这些氘参与聚变反应释放的能量,相当于300升汽油完全燃烧的效果,这个数据不是空想,是中科院等离子体物理研究所反复验证过的结论。

有人会把核聚变和核电站的核裂变搞混,其实两者差别大了,核裂变是把重原子“打碎”,过程中会产生放射性废料,处理起来麻烦又危险,核聚变则完全相反,原料清洁,产物也没有长期辐射,唯一的难题是“怎么让原子乖乖聚变”。

要实现聚变,得创造极端环境,想象一下,把氘氚气体加热到1亿度——这是太阳核心温度的6倍多,在这种高温下,气体变成等离子体,原子外层的电子都跑光了,只剩下原子核,这时再用超强磁场把这些“不听话”的等离子体困住,不让它们碰到容器壁,原子核才有机会碰撞聚变。

2022年12月,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室传来振奋人心的消息:他们的国家点火装置首次实现“聚变能量净增益”,也就是聚变产生的能量超过了触发反应输入的能量,这是人类历史上第一次,就像在黑暗中点亮了一盏灯,证明核聚变不是遥远的理论。

我国在这方面也不落后,2023年4月,合肥的全超导托卡马克装置(EAST),也就是常说的“人造太阳”,实现了403秒的稳态高约束模式等离子体运行,打破了自己保持的世界纪录,要知道,2017年它的纪录还只有101秒,短短几年的突破背后,是科研人员无数个不眠之夜。

能源困局下的曙光:为什么我们急需核聚变?

可能有人觉得这些实验离生活太远,其实不是,先算笔账,2024年全国能源消费总量超过55亿吨标准煤,其中化石能源占比还超过70%,这些煤炭、石油烧完了就没了,而且燃烧产生的二氧化碳,是全球变暖的主要推手。

去年夏天,北极圈出现32℃的高温,冰川融化速度创下新高,这些都在提醒我们,能源转型刻不容缓。

现在的新能源有短板,太阳能靠天吃饭,晚上和阴雨天就“罢工”,风能依赖风速,风速太小或太大都没法发电,传统核电虽然稳定,但核废料处理一直是难题,芬兰那个全球首个永久核废料填埋场,花了40年才建成,成本高得惊人。

核聚变刚好能补上这些短板,它的原料几乎取之不尽,地球上的海水够人类用几十亿年,比太阳的寿命还长,而且它的能量输出稳定,不管白天黑夜、刮风下雨,只要装置在运行就能持续发电,更重要的是,它几乎不产生污染,堪称“零碳能源天花板”。

江苏连云港的田湾核电站,是我国目前装机容量最大的核电基地之一,那里的工作人员曾坦言,他们最头疼的就是核废料处理,每台机组每年产生的放射性废料,需要用特殊容器封存后,运到专门的处置场,全程耗费大量人力物力,如果未来换成聚变电站,这些麻烦都将成为历史。

从国家战略层面看,核聚变更是能源安全的“压舱石”,我国石油对外依存度长期超过70%,天然气对外依存度也接近50%,一旦国际能源市场波动,国内油价、气价就可能跟着上涨,2022年俄乌冲突爆发后,欧洲天然气价格暴涨10倍,很多家庭冬天都不敢开暖气,这样的教训我们必须吸取。

要是核聚变实现商用,情况就完全不同了,不用再看别人脸色,靠海水就能满足大部分能源需求,工业生产的成本会大幅下降,电动车充电可能比加油还便宜,偏远地区的居民也能用上稳定的电力,这不是空想,而是正在一步步靠近的现实。

本世纪中叶的约定:商用聚变离我们有多远?

“核聚变到底什么时候能发电?”这是科学家被问得最多的问题。目前业内比较一致的看法是,本世纪中叶实现商用发电,这个时间点不是拍脑袋定的,而是结合技术发展节奏算出的“时间表”。

要实现商用,得闯过三道关,第一道是“持续稳定运行”,现在EAST能运行400多秒,未来需要提升到数千秒甚至数小时,确保能量持续输出。

第二道是“能量转化效率”,目前的实验装置还在“烧钱”,需要让输出能量远超输入能量,才能商业化盈利,第三道是“工程化落地”,把实验室里的装置变成能建在电厂里的大型设备,还要控制成本。

国际上有个大合作项目叫ITER,中文名叫“国际热核聚变实验堆”,中国、美国、俄罗斯、欧盟等35个国家都参与了,这个项目建在法国,总投资超过200亿欧元,目标是建成世界上第一个能持续产生能量的聚变装置,按照计划,ITER将在2035年左右开始试运行,这会是核聚变发展的关键节点。

我国也有自己的“三步走”计划:2025年前后,让EAST装置实现更长时间的稳态运行;2030年左右,建成小型聚变实验堆,实现能量净增益;2050年前后,建成商用聚变电站,让核聚变电力走进千家万户,这个计划和2025浦江创新论坛上提出的“锚定未来能源”目标不谋而合。

2025年的今天,当我们谈论核聚变时,已经不再是“科幻小说里的情节”,而是有明确时间表、路线图的“未来计划”,从合肥EAST装置的灯光,到法国ITER工地的塔吊,再到实验室里科研人员专注的眼神,都在告诉我们:人类离能源自由的日子越来越近了。

能源革命的浪潮已经涌起,而我们每个人,都是这场浪潮的见证者和受益者,相信在科学家的努力下,那个“零碳、充足、廉价”的能源时代,一定会如期而至。

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