世界最大热核装置开建!6年后,中国将成核聚变发电的首个国家?

核聚变发电作为一种高效、清洁的发电方式,是目前人类所开发出的最高等级的能源,但为何迄今为止都没有大范围使用呢?而且到目前为止,除了中国以外,其它国家的核聚变研究进展基本处于停滞状态,这是为何?

根据相关领域的专家推测,我国很有可能会在2028年成为世界上首个拥有核聚变发电的国家,按照这种说法,我国届时将会因此引爆第四次工业革命,这一天真的会到来吗?

核聚变发电有多难?

关于世界各国的核聚变研究为何始终处于龟速状态?主要是因为在这个领域有许多难点需要攻克。首先就是关于能量的释放,虽然核聚变能释放巨大的能量,但它也有个问题,那就是不可控。

别的不说,就单单拿氢弹爆炸来讲,一颗氢弹释放的能量,相当于100万吨TNT炸药。这玩意儿要是控制不好,那将会造成比“切尔诺贝利事件”更严重的事故出来。

所以在核聚变发电领域,最难攻克的一个技术点就是“持续性可控”,毕竟其释放的能量太大,一般的装置还真就无法驾驭,虽然目前有科学家通过磁约束线圈来控制核聚变,但还有一点就是,它释放的能量不能做到“可持续”。

也就是说,即使你把一颗氢弹引爆了,得到了很大的能量,但这种能量是一次性的,你无法做到稳定供应,所以人类现在要追求的就是一种名为“可控核聚变”的东西。

核聚变只有实现了可控,才能为人们所用,否则只能像天上的闪电一样,虽然能量大得很,但实际利用率几乎为零。有国外的科学家就曾推测,就目前的发展阶段来看,可控核聚变的路还长着呢。

其实关于实现核聚变究竟有多难?咱们可以简单做个对比:世界上第一颗原子弹爆炸后,不到十年时间就实现了可控核裂变;但氢弹爆炸成功后,直到现在都没有成功实现可控核聚变,你想想这其中的难度有多大?

我国的核聚变研发历程

说了这么多核聚变发电的难点,那么接下来就要讲讲我国核聚变发展的历程了。其实早在1955年,我国科学家钱三强和刘正武就提议开展中国“可控热核反应”的研究,不过那时候由于我国刚刚经历战乱,国困民乏,百废待兴,这就导致我国有关核聚变的项目暂时无法建立起来,所有的研究都停留在理论阶段。

而前苏联早在1954年,就已经拥有了世界第一台托卡马克装置,无论是设备还是实验成果,苏联当时在世界上都是遥遥领先的,所以许多人曾推断,苏联可能会成为世界上第一个拥有核聚变发电的国家。然而事与愿违,随着1991年苏联解体,苏联所有的核研发基本上处于停工状态,有些寡头还趁机将大量的核设施给卖掉了,原因就是苏联无法承担起那么高的研发经费。

但我国和苏联不一样,我国始终保持着一步一个脚印的节奏。从1965年开始,我国就将大量的核工业设施搬到西部地区,开始慢慢研发核聚变,比如著名的“909”工程,基地就设在四川夹江的一片大山里面,后来又在四川乐山市的郊区建立了我国最大的核聚变研究基地——西南物理研究所。

当时由于条件太过简陋,导致研究员只能睡在帐篷里,但就是在这样的环境中,我国科学家攻坚克难,一度造出了“中国环流器一号”这样的核聚变设施,当时光是设计图纸就有整整三层楼高。

中国环流器一号

因为有了“中国环流器一号”作为基础,我国在后来又研制出了“超导托卡马克装置HT-7”和“中国环流器二号A”。到了1998年,世界上首台“全超导托卡马克核聚变实验装置”在我国正式立项,但由于那时候我国正处于高速发展的初期,各方面资金不足,所以当时的实验室条件极其落后。

项目负责人万元熙院士说:“就算没有条件,创造条件也要上”。硬是在简陋的实验室里制造出了关键的核心部件和设备,整个项目的自主研发率高达90%。

随着时代的发展,我国的经济大大提升,在核聚变研发的投入上也开始不惜血本了,往往在一个项目上是几十亿几十亿的投入。为什么核聚变设施要这么“贵”?咱们举个简单的例子,就拿核聚变设施的磁笼来说,它一共由18个橘子瓣组成,每个橘子瓣重达360吨,造价在2.8亿欧元左右,那一套磁笼怎么着也得50亿欧元。从中也可以看出,光是材料费,整套设施就价格不菲。

通过巨量资金的投入,2007年,“东方超环”在合肥竣工,这是世界上第一台“全超导托卡马克装置”,取名EAST,这台装置承载着我国核聚变发电的大国梦,也开启了我国核聚变研究由摸索走向成熟的里程碑。

刚才说过了,核聚变面临最大的一个问题是可控,也就是稳定地释放能源,而EAST在2018年的实验中,成功燃了100秒,这在当时属于世界之最。

EAST真空器

在此之后,我国的核聚变项目突飞猛进,2020年投入运行的“中国环流器二号M”,成为我国规模最大的可控核聚变设施,整个项目耗资达到50亿美元,各方面指标都排在世界前列,离子温度达到1亿度以上。

作为国内参数最高的核聚变设施,中国环流器二号M的精细程度无可比拟,由于内部构建太过精密,所以当时在移动中心柱的过程中,研究人员在一个月内设计出了十几套方案。

为了保证安装精度不超过0.1毫米的偏差,工作人员把“中心柱”当做宝贝一样移动,整个过程耗费了9个小时,但其实际路程却只有2分钟,从中也可以看出这个宝贝是多么的“金贵”。

为什么偏偏是中国研究出来了?

纵观海外,不只是中国,当时全世界都在核聚变研发的道路上撒丫子狂奔。为了实现可控核聚变,全世界的科学家集合在一起,计划在法国南部建造一个巨大的可控核聚变设施,简称ITER,中国在这个项目里承担了9%的工作任务。

正是从这个项目中,中国汲取了大量的核聚变研发经验,并将其用在自己的核聚变项目中。不仅如此,中国还在已有的项目中实现了技术突破,比如ITER第一壁的特殊材料。由于研发这种材料的技术难度太大,当时只有美国才能研制出来,但中国硬是本着自主研发的劲头,在2016年就将这项技术做到了世界前列。

中国之所以能领先欧美和日本实现核聚变技术的突破,主要就是因为中国几十年如一日的坚持,其他国家因为在项目上久久没有取得进展,于是便放弃了核聚变项目,或者推迟这个项目的进度,转而去攻关其他领域,只有中国坚持到了最后,所以才有了今天的“中国环流器二号M”。

这就是中国“举国之力”的伟大所在,这个凭借这种“大政府模式”,从高铁到航空航天,从公路到互联网设施,一路披荆斩棘,举全国之力,万众一心,专心攻坚一个项目,这就是中国的优势所在。

欧美就比较偏向于小政府模式,大家各管各的,从来不为大项目操心,所以你看许多西方国家的基础设施建设都特别老旧,这就是缺乏“大政府模式”的全局操控所致。这样看来,中国能提早实现可控核聚变也就不足为奇了。

如果我国成功将核聚变应用起来,将会对世界能源格局造成什么影响?

如果中国真的在2028年实现可控核聚变,那新崛起的核聚变发电对世界能源格局的演变会造成什么影响呢?

咱们可以从两点来进行分析,首先就是交通工具的使用。当然了,我这里说的交通工具,不是传统意义上的飞机汽车,而是火箭。

要知道,如果是传统意义上的火箭,它直接消耗的是化石能源,这也就意味着飞船的载重将会大大增加。但如果使用核聚变作为能源的话,只需要一点点燃料就能释放出巨大的能量,足以打开人类探索星际的道路。

除了航空航天以外,核聚变能源的第二个用处就是给人类的日常生活供电了,核聚变的基本原理就是从少量的物料中榨取更多的能量,比如从1升海水中就能榨出300升汽油的能量,一旦核聚变发电真正启用起来,那那些火电、水电,都将被淘汰。

由于核聚变的原料是氘和氚,这些物质聚合释放能量后,最终会形成铁元素和氦元素,所以不会对环境造成污染。而且氘和氚又是来自于水,水的来源可是无穷无尽的,所以一旦核聚变发电能成功应用起来,那人类将不会面临能源枯竭的窘境,很多人更是把核聚变反应戏称为“烧开水”。

在影响世界格局方面,如果中国能成功实现核聚变,那困扰我国多年的能源问题将不会被人“卡脖子”,无论是石油还是天然气的供应,我国将不再受制于人。相反,那些依靠石油发家致富的中东狗大户们,届时会面临一波经济危机。

除了在能源供应当年,我国在农业方面也会更上一个台阶。比如纪录片《超级工程》里就曾介绍过一栋农业大楼,楼里面完全可以用核聚变技术来制造“人造太阳”,这样就能让植物充分接受阳光的照射,进行全天候光合作用,成长为超级植物。

所以一旦我国实现可控核聚变技术,那将是一场划时代的变革,我们日常生活中习以为常的事物,都会进行大量的革新,通过这一场技术革命,我国将会带领全人类往前迈出一大步。

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页面更新:2024-06-10

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