超級(jí)機(jī)器人分身 第三百九十一章 齊人之福

可控核聚變反應(yīng)堆的意義和重要性無(wú)需多說(shuō)。

在人類可預(yù)見的未來(lái)，化石能源必將有消耗殆盡的一天，根據(jù)地球上當(dāng)前已探明的化石能源儲(chǔ)量和消費(fèi)量計(jì)算，石油大概還能用四十年，天然氣八十年，煤炭二百年。

但隨著化石能源逐漸減少，未來(lái)這些能源的開采成本只會(huì)越來(lái)越高，因此，世界各國(guó)幾乎都把獲取廉價(jià)能源的希望全部寄托在了可控核聚變的身上。

據(jù)測(cè)算，每升海水中含有0.03克氘，地球上僅在海水中就有45萬(wàn)億噸氘。

1升海水中所含的氘，經(jīng)過(guò)核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。

地球上蘊(yùn)藏的核聚變能約為蘊(yùn)藏的可進(jìn)行核裂變?cè)厮茚尦龅娜亢肆炎兡艿?000萬(wàn)倍，可以說(shuō)是取之不竭的能源。

更重要的是，可控核聚變不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進(jìn)行，堪稱安全環(huán)保能源的典范。

因此，從某種意義上說(shuō)，可控核聚變對(duì)能源革命的推動(dòng)力比金屬電池還要大上許多，但出于成本、工藝以及策略考慮，陳新暫時(shí)不準(zhǔn)備把可控核聚變技術(shù)拿出來(lái)，除非金屬電池在未來(lái)世界各國(guó)推廣受到阻礙，他才會(huì)祭出這對(duì)堪稱超級(jí)大殺器的組合。

至于現(xiàn)在，他首先要做的就是和鋼镚好好打造一臺(tái)屬于戰(zhàn)忽局的核聚變反應(yīng)堆。

核聚變反應(yīng)堆的原理很簡(jiǎn)單，也很好理解。

第一步。作為反應(yīng)體的混合氣必須被加熱到等離子態(tài)——也就是溫度足夠高到使得電子能脫離原子核的束縛，原子核能自由運(yùn)動(dòng)，這時(shí)才可能使得原子核發(fā)生直接接觸，這個(gè)時(shí)候，需要大約10萬(wàn)攝氏度的溫度。

第二步，為了克服庫(kù)侖力，也就是同樣帶正電荷的原子核之間的斥力，原子核需要以極快的速度運(yùn)行，得到這個(gè)速度，最簡(jiǎn)單的方法就是——繼續(xù)加溫。使得布朗運(yùn)動(dòng)達(dá)到一個(gè)瘋狂的水平。要使原子核達(dá)到這種運(yùn)行狀態(tài)，需要上億攝氏度的溫度。

然后就簡(jiǎn)單了，氚的原子核和氘的原子核以極大的速度，赤果果地發(fā)生碰撞。產(chǎn)生了新的氦核和新的中子。釋放出巨大的能量。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間。反應(yīng)體已經(jīng)不需要外來(lái)能源的加熱，核聚變的溫度足夠使得原子核繼續(xù)發(fā)生聚變。這個(gè)過(guò)程只要氦原子核和中子被及時(shí)排除，新的氚和氘的混合氣被輸入到反應(yīng)體。核聚變就能持續(xù)下去，產(chǎn)生的能量一小部分留在反應(yīng)體內(nèi)，維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，大部分可以輸出，作為能源來(lái)使用。

看起來(lái)很簡(jiǎn)單是吧，只有一個(gè)問(wèn)題，你把這個(gè)高達(dá)上億攝氏度的反應(yīng)體放在哪里呢？迄今為止，人類還沒有造出任何能經(jīng)受1萬(wàn)攝氏度的化學(xué)結(jié)構(gòu)，更不要說(shuō)上億攝氏度了。

這就是為什么一槌子買賣的氫彈已經(jīng)制造了50年后冇，人類還沒能有效的從核聚變中獲取能量的原因。

好了，人類是很聰明的，不能用化學(xué)結(jié)構(gòu)的方法解決問(wèn)題，我們就用物理方法的試驗(yàn)一下。

早在50年前，兩種約束高溫反應(yīng)體的理論就產(chǎn)生了。

一種是慣性約束，把幾毫克的氘和氚的混合氣體裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)，然后從外面均勻射入激光束或粒子束，球面內(nèi)層因而向內(nèi)擠壓。球內(nèi)氣體受到擠壓，壓力升高，溫度也急劇升高，當(dāng)溫度達(dá)到需要的點(diǎn)火溫度時(shí)，球內(nèi)氣體發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量熱能。這樣的爆炸每秒鐘發(fā)生三四次，并持續(xù)不斷地進(jìn)行下去，釋放出的能量就可以達(dá)到百萬(wàn)千瓦級(jí)的水平。這一理論的奠基人之一就是我國(guó)著名科學(xué)家王淦昌。

另一種就是磁力約束，由于原子核是帶正電的，那么我的磁場(chǎng)只要足夠強(qiáng)大，你就跑不出去，我建立一個(gè)環(huán)形的磁場(chǎng)，那么你就只能沿著磁力線的方向，沿著螺旋形運(yùn)動(dòng)，跑不出我的范圍，而在環(huán)形磁場(chǎng)之外的一點(diǎn)距離，我可以建立一個(gè)大型的換熱裝置（此時(shí)反應(yīng)體的能量只能以熱輻射的方式傳到換熱體），然后再使用人類已經(jīng)很熟悉的方法，把熱能轉(zhuǎn)換成電能就是了。

原理上雖然簡(jiǎn)單，但是現(xiàn)有的激光束或粒子束所能達(dá)到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術(shù)上的問(wèn)題，使慣性約束核聚變可望而不可及。

因此，眼下世界各國(guó)在受控核聚變研究上主要集中在磁力約束領(lǐng)域。

為了實(shí)現(xiàn)磁力約束，需要一個(gè)能產(chǎn)生足夠強(qiáng)的環(huán)形磁場(chǎng)的裝置，這種裝置就被稱作“托克馬克裝置”——TOKAMAK，也就是俄語(yǔ)中是由“環(huán)形”、“真空”、“磁”、“線圈”的字頭組成的縮寫。

早在1954年，在原蘇聯(lián)庫(kù)爾恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一個(gè)托卡馬克裝置。

進(jìn)展貌似很順利，其實(shí)不然，因?yàn)橐肽軌蛲度雽?shí)際使用，必須使得輸入裝置的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸出的能量才行，我們稱作能量增益因子——Q值。

當(dāng)時(shí)的托卡馬克裝置是個(gè)很不穩(wěn)定的東西，搞了十幾年，也沒有得到能量輸出，直到1970年，前蘇聯(lián)才在改進(jìn)了很多次的托卡馬克裝置上第一次獲得了實(shí)際的能量輸出，不過(guò)要用當(dāng)時(shí)最高級(jí)設(shè)備才能測(cè)出來(lái)，Q值大約是10億分之一。

別小看這個(gè)十億分之一，這使得全世界看到了希望，于是全世界都在這種激勵(lì)下大干快上，紛紛建設(shè)起自己的大型托卡馬克裝置，歐洲建設(shè)了聯(lián)合環(huán)JET，蘇聯(lián)建設(shè)了T20（后來(lái)縮水成了T15，線圈小了。但是上了超導(dǎo)），日本的JT60和美國(guó)的TFTR（托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器的縮寫）。

這些托卡馬克裝置一次次把能量增益因子（Q）值的紀(jì)錄刷新。

1991年歐洲的聯(lián)合環(huán)實(shí)現(xiàn)了核聚變史上第一次氘－氚運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，使用6：1的氘氚混合燃料，受控核聚變反應(yīng)持續(xù)了2秒鐘，獲得了0.17萬(wàn)千瓦輸出功率，Q值達(dá)0.12。

1993年，美國(guó)在TFTR上使用氘、氚1：1的燃料，兩次實(shí)驗(yàn)釋放的聚變能分別為0.3萬(wàn)千瓦和0.56萬(wàn)千瓦，Q值達(dá)到了0.28。

1997年9月，聯(lián)合歐洲環(huán)創(chuàng)1.29萬(wàn)千瓦的世界紀(jì)錄。Q值達(dá)0.60。持續(xù)了2秒。僅過(guò)了39天，輸出功率又提高到1.61萬(wàn)千瓦，Q值達(dá)到0.65。

三個(gè)月以后，日本的JT－60上成功進(jìn)行了氘－氘反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。換算到氘－氚反應(yīng)。Q值可以達(dá)到1。后來(lái)。Q值又超過(guò)了1.25。這是第一次Q值大于1，盡管氘氘反應(yīng)是不能實(shí)用的，但是托卡馬克理論上可以真正產(chǎn)生能量了。

在這個(gè)大環(huán)境下。中國(guó)也不例外，在70年代就建設(shè)了數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)托卡馬克裝置——環(huán)流一號(hào)（HL1）和CT6，后來(lái)又建設(shè)了HT6，HT6B，以及改建了HL1M，新建了環(huán)流2號(hào)。

有種說(shuō)法，說(shuō)中國(guó)的托卡馬克裝置研究是從俄羅斯贈(zèng)送設(shè)備開始的，這是不對(duì)的，HT6/HL1的建設(shè)都早于俄羅斯贈(zèng)送的HT7系統(tǒng)。

HT7以前，中國(guó)的幾個(gè)設(shè)備都是冇普通的托卡馬克裝置，而俄羅斯贈(zèng)送的HT7則是中國(guó)第一個(gè)“超導(dǎo)托卡馬克”裝置。

那什么是“超托卡馬克裝置”呢？

回過(guò)頭來(lái)說(shuō)，托卡馬克裝置的核心就是磁場(chǎng)，要產(chǎn)生磁場(chǎng)就要用線圈，就要通電，有線圈就有導(dǎo)線，有導(dǎo)線就有電阻。托卡馬克裝置越接近實(shí)用就要越強(qiáng)的磁場(chǎng)，就要給導(dǎo)線通過(guò)越大的電流，這個(gè)時(shí)候，導(dǎo)線里的電阻就出現(xiàn)了，電阻使得線圈的效率降低，同時(shí)限制通過(guò)大的電流，不能產(chǎn)生足夠的磁場(chǎng)，托卡馬克貌似走到了盡頭。

幸好，超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展使得托卡馬克峰回路轉(zhuǎn)，只要把線圈做成超導(dǎo)體，理論上就可以解決大電流和損耗的問(wèn)題，于是，使用超導(dǎo)線圈的托卡馬克裝置就誕生了，這就是超托卡馬克。

目前為止，世界上有4個(gè)國(guó)家有各自的大型超托卡馬克裝置，法國(guó)的Tore－Supra，俄羅斯的T15，日本的JT60U，和中國(guó)的EAST。

除了EAST以外，其他四個(gè)大概都只能叫“準(zhǔn)超托卡馬克”，它們的水平線圈是超導(dǎo)的，垂直線圈則是常規(guī)的，因此還是會(huì)受到電阻的困擾。此外他們?nèi)齻€(gè)的線圈截面都是圓形的，而為了增加反應(yīng)體的容積，EAST則第一次嘗試做成了非圓型截面。此外，在建的還有德國(guó)的螺旋石7，規(guī)模比EAST大，但是技術(shù)水平差不多。

由于可控核聚變項(xiàng)目研究所需的巨額成本，任何一個(gè)單一國(guó)家都很難獨(dú)立承擔(dān)，因此，從1985年開始，由蘇聯(lián)、美國(guó)、日本和歐共體共同提出，聯(lián)合出資建立世界上第一個(gè)試驗(yàn)用的聚變反應(yīng)堆（ITER)。（注意：ITER已經(jīng)不是托卡馬克裝置了，而是試驗(yàn)反應(yīng)堆，這是一大進(jìn)步）

最初方案是2010年建成一個(gè)實(shí)驗(yàn)堆，實(shí)現(xiàn)1500兆瓦功率輸出，造價(jià)100億美元。

沒想到因?yàn)楦鲊?guó)想法不同，又恰逢蘇聯(lián)解體，加上技術(shù)手段的限制，一直到了2000年也沒有結(jié)果，其間美國(guó)中途退出，ITER出現(xiàn)胎死腹中的危險(xiǎn)。

直到2003年，能源危機(jī)加劇，各國(guó)又重視起來(lái)，首先是中國(guó)宣布加入了ITER計(jì)劃，歐洲、日本和俄羅斯自然很高興，隨后美國(guó)宣布重返計(jì)劃。緊接著，韓國(guó)和印度也宣布加入。

2005年ITER正式立項(xiàng)，地點(diǎn)在法國(guó)的卡達(dá)拉申，基本設(shè)計(jì)不變，力爭(zhēng)2015年前全面完成，造價(jià)120億美元，歐盟出40，法、中、日、美各出10，剩下的想讓別人平攤，但韓國(guó)印度不干，力爭(zhēng)讓俄國(guó)也出10，自己出5，最終美、日、俄、中、韓、印各出約9。

ITER拉丁語(yǔ)含義為“道路”，可見大家對(duì)這個(gè)東西抱有多大的希望。很有可能，她就是人類解決能源問(wèn)題的“道路”。

如果ITER能成功，下一步就是利用ITER的技術(shù)，設(shè)計(jì)和建造示范商用堆，到那時(shí)，離真正的商業(yè)核聚變發(fā)電就不遠(yuǎn)了。但是ITER建設(shè)中，還有大量的技術(shù)問(wèn)題需要解決，需要有一個(gè)原型可以參考，在此基礎(chǔ)上，各國(guó)的先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克裝置就成了設(shè)計(jì)ITER的藍(lán)本。

當(dāng)然了，ITER的研究遠(yuǎn)非一個(gè)托卡馬克裝置，它還有很多難題需要攻克。

這里就要說(shuō)一下Q值（輸出功率與輸入功率之比）問(wèn)題，目前世界各國(guó)普遍能將Q值做到1.5以上，但還有兩個(gè)難題，目前各國(guó)都還沒有解決。

第一就是持續(xù)不間斷地提供高溫所需的能量。Q值1.5意味著：產(chǎn)出150噸TNT當(dāng)量的能量，就要投入100噸TNT當(dāng)量的能量，而且還是持續(xù)的！就像大片里的那樣：一臺(tái)科幻設(shè)備一開動(dòng)，整個(gè)城市的燈都滅了。

第二，即使能夠持續(xù)供電，但你投入的是1個(gè)電，而它產(chǎn)生的卻是1.5的熱及輻射等。而把它轉(zhuǎn)化成電的話，如果轉(zhuǎn)化率小于66，還是虧了。目前全球在這一技術(shù)上還沒有突破。

因此，對(duì)人們而言，可控核聚變?cè)砗头桨付季邆洌罾щy的在于工程技術(shù)方面，而這個(gè)恰恰是鋼镚最為擅長(zhǎng)的。

這也是陳新為什么有信心制造出世界上首臺(tái)可以商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的劇變反應(yīng)堆的原因之一。

比如，為了獲得強(qiáng)磁場(chǎng)，世界各國(guó)普遍采用超導(dǎo)線圈來(lái)約束高溫等離子體，但是人類現(xiàn)有超導(dǎo)材料只能維持在零下一百多度呈現(xiàn)出超導(dǎo)性，他們必須將磁體系統(tǒng)浸泡在液氦之中，這樣一來(lái)，不但增加了聚變堆的建設(shè)成本，而且聚變堆的小型化也受到了極大的限制。

此外，像高頻電流點(diǎn)火，大功率激光點(diǎn)火，這些都需要新一代的材料工藝支持。

但對(duì)鋼镚而言就無(wú)所謂了，它現(xiàn)在可以將鉈、鋇、鈣、銅、氧等元素結(jié)合起來(lái)，制造出一種臨界溫度達(dá)到340K的常溫超導(dǎo)體，即在地球上百分之九十九以上的地區(qū)，這種材料都能在裸露狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性。

至于核聚變反應(yīng)點(diǎn)火時(shí)所需的高頻電流、大功率激光器，那更是小菜一碟了。