制造人类终极能源,为什么中国最有希望?

时间:2020-08-06 13:43:09 编辑:环宇 来源:网络整理
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   7月28日,世界最大的核聚变装置,国际热核聚变实验堆(ITER),在法国开始组装,35个国家领导人远程视频、参加庆典。该反应堆是一个能产生大规模核聚变反应的托卡马克,也被叫做“人造太阳”,由中国、欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度联合建造。工程建设中,中国提供了核心设备。今天的视频我们就讲一下人造太阳的那些事。

  核聚变,两个原子核碰撞结合,释放能量。氢弹将这一理论变为现实,瞬间爆炸,产生巨大的能量。但这样的方式不可控,做武器还行,用来发电就纯属异想天开。太阳内部核聚变为什么能持续?因为它质量大,产生的强大引力指向内部,抵消了聚变产生的向外压力,构成平衡。有了这种平衡,物质不会炸散开来,聚变能持续进行。

  氢的同位素,氘、氚,是常用的聚变原料,它们的混合气体,必须在超过1亿度高温环境下,才能产生大规模反应。这样高的温度,原子中的电子和原子核分开,独立运动,形成等离子体。可控核聚变,需要将这团气体约束在高温环境中,太阳靠引力约束,那么人类呢?用容器装吗?问题是,这样的容器该用什么材料制造?1亿度的高温,任何材料也无法承受。

  早期的科学家尝试了很多方案,仿星器,箍缩机、磁镜等。很遗憾,这些装置工作不稳定,实验效果不理想。为了约束高温等离子体,政府需要投入更多的钱,建造更精密的设备。50年代,美国投入巨额资金,启动“舍伍德工程”,希望成为聚变研究的领头羊,但这被英国抢了先,他们的ZETA聚变装置取得重大突破。ZETA的投资比“舍伍德工程”少得多,这下美国人脸上挂不住了,不让英国发布实验成功的消息。两国媒体相互拱火,英国《观察家报》说:这是羡慕嫉妒恨。《纽约时报》说:不对,我们不可能比你差。后来,美国迫于外界压力,允许英国人发表相关数据,结果,专家验证后发现,这次实验并没有成功。这期间,各国实验都没什么进展,政府不愿意再多投钱,研究经费减少。1958年,科学家们在日内瓦开了个会,大家合计合计,看看有什么更好的核聚变方案。苏联科学家萨哈罗夫提出的“托卡马克”概念,走进大众视野。

  “托卡马克”,俄语意思“环状磁容器”,这个装置类似汽车轮胎,中空的,尺寸比轮胎大得多。在强磁场作用下,高温等离子体悬浮起来,被约束在环状腔体内,不接触设备内壁。

  苏联人刚拿出该装置时,西方国家觉得这是骗人的玩意儿,就凭他们那点技术,能实现可控核聚变?1969年,英国科学家跑到莫斯科查看,结果发现,这个方案是真的有效的。欧美各国知道消息后,一哄而上,纷纷建造起托卡马克。1982年,美国搞出了TFTR,1983年,欧洲弄出了JET,1985年,日本研制出JT-60。三套设备中,聚变产生的能量已经接近外界输入的能量,好比做生意,收入等于支出,不赚不亏。要是聚变能量再大点,就能支持发电了。怎么做才能实现呢?建造更大的托卡马克。更大意味着更多的投资,单个国家无法承担,于是就有了“国际热核聚变实验堆(ITER)”计划。

  1985年,项目启动,当时仅有四个国家参与,分别是:美国、苏联、欧共体、日本。新组织独立于联合国原子能委员会。所谓的“国际”项目,实际上是排他的,只有强国才能玩得起。其他国家要想加入也行,只能以这某个成员国的“小伙伴”身份加入。加拿大是以欧共体小伙伴身份参加的。当时,中国经济、技术落后,没人肯带我们。

  项目讨论了近十年,到1996年预算才出来了,至少一百亿美元。美国一看,立马退出。在这上面烧这么多钱,肯定影响国内聚变研究。而且国会要照顾石油利益集团,不会轻易拨款支持新能源。俄罗斯也有难处,经济出现问题,靠卖石油续命,对合作计划不上心。日本股市、房市泡沫破裂,出这么多钱,心疼。只剩下欧盟自己吆喝了,项目一直没有实质进展。

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