世界今日訊！可控核聚變新方法顛覆預期，第一盞燈即將點燃？

昨天看到一則消息，顛覆了我對可控核聚變未來的預期。一個名不見經(jīng)傳的小初創(chuàng)公司Zap Engergy，正在通過一種全新的方法，既省了錢，又取得了重大突破。一些業(yè)內(nèi)專家和媒體對這個技術(shù)評價極高，認為是可控核聚變技術(shù)的一個重要里程碑。

現(xiàn)在，Zap Engergy正在努力將這種技術(shù)模塊化，宣稱不久的將來將推向市場。這次突破真的會大大縮短可控核聚變的商業(yè)化進程嗎？我們來了解一下。

(相關(guān)資料圖)

再簡單說說什么是可控核聚變/

可控核聚變就是利用太陽內(nèi)部核聚變的原理，在地球上創(chuàng)造出長久釋放的氫核聚變能源，用于造福社會。其實氫彈爆炸就是核聚變的能量，但是不可控的，“轟”的一聲就沒了，除了戰(zhàn)爭，不能造福社會。

而可控核聚變就是讓這個“轟”的一聲瞬間釋放的巨大能量，變成慢慢釋放，這樣就可以發(fā)電，在相當長時期得到取之不盡用之不竭的能源。由于這種能源的產(chǎn)生方式類似于太陽，因此俗稱人造太陽或人造小太陽。

但太陽核心能夠源源不斷地持續(xù)發(fā)生氫核聚變，是因為太陽質(zhì)量巨大，導致的向心巨大收縮壓力下形成的，這個壓力達到3000億個大氣壓。地球上無法人造出這種壓力，就需要比太陽核心1500萬度更高的溫度，這個溫度需要1億度以上。

這樣問題就來了，如何讓等離子體加熱到1億度呢？而且地球上最耐熱的金屬才幾千度就融化了，用什么容器將核聚變幾萬個幾千度的等離子體“裝住”呢？又如何讓這高溫的等離子體發(fā)出電來呢？這就成可控核聚變需要解決的幾大難題。

科學家們弄了幾十年，如今終于有點眉目了。解決把核聚變高溫等離子體“裝住”的方法有三個，即磁約束、慣性約束、重力約束，這幾種方法都是非物質(zhì)約束方法，就是不讓高溫等離子體碰到容器內(nèi)壁。

重力約束就是太陽這種方法，地球上做不到，人們就只能從磁約束和慣性約束來想辦法了。前蘇聯(lián)科學家早在上世紀50年代就發(fā)明了一種叫托卡馬克的裝置，這種裝置是通過線圈在內(nèi)部產(chǎn)生磁阱，將高溫等離子體約束在磁阱里。

世界上磁約束可控核聚變開發(fā)現(xiàn)狀/

采用托卡馬克裝置研發(fā)可控核聚變技術(shù)，是經(jīng)典的磁約束方法，處于世界主流地位。中國自主研制出非圓截面全超導托卡馬克實驗裝置，簡稱EAST，目前處于世界領(lǐng)先地位。在試驗中，已經(jīng)取得幾項世界領(lǐng)先成就，如7000萬度長脈沖高參數(shù)等離子體維持運行1056秒，等離溫度1.2億度運行時間達到101秒，實現(xiàn)了1兆安等離子體單溜等。

許多國家，如美、英、日等國的可控核聚變也都取得了進展，都可以產(chǎn)生能量了，但都維持時間太短，而且即便發(fā)了點，輸出能量還不足。下一步需要解決的主要問題就是，讓核聚變的等離子體能夠長時間穩(wěn)定持續(xù)燃燒，并且輸出的能量要大大高于輸入的能量，符號表示就是達到Q=1以上。

這些問題說起來很簡單，但做起來談何容易。因此，世界各路專家大體一致認為，要真正讓可控核聚變實現(xiàn)商業(yè)化運用，至少還需要30年左右甚至更長時間。

中國也做出了自己的規(guī)劃，在2025年實現(xiàn)Q=5，并逐步達到Q=10；2030年實現(xiàn)示范工程發(fā)電，在Q=5條件下實現(xiàn)200MW發(fā)電，初步達到Q=10穩(wěn)態(tài)發(fā)電1GW。

從這個計劃安排來看，如果能夠順利實現(xiàn)，最早也要到2030年才能在試運行中點亮第一盞燈，真正形成商業(yè)發(fā)電還要到2050年。

慣性約束可控核聚變開發(fā)情況/

所謂慣性約束，就是利用粒子的慣性作用來約束粒子本身，從而實現(xiàn)核聚變反應的一種方法。比較經(jīng)典的方法是采用高能激光或帶電粒子束照射極小的靶丸，導致靶面物質(zhì)迅速消融并向外猛烈噴射，而噴射的反作用力形成向內(nèi)傳播的沖擊波，形成極大的壓力將靶丸內(nèi)的氫同位素氘和氚發(fā)生聚變。

這種技術(shù)也是早在上世紀六十年代就提出了，前蘇聯(lián)和美國都進行了大量試驗，我國自2000年以來，也開始了這項試驗，但至今這項技術(shù)還沒有取得重大突破，都還處于實驗室試驗階段。

今年五月，有報道稱英國一家叫First Light Fusion的公司另辟蹊徑，通過高速彈射技術(shù)來引發(fā)核聚變。具體是通過兩支大型超級空氣加速槍，將燃料加速到10~20倍音速，射向嵌入氘燃料芯的小塊，形成崩潰沖擊波，瞬間壓力達到10億個大氣壓，導致燃料快以足夠高的速度自爆，從而實現(xiàn)核融合反應。

核聚變的高溫會將水加熱產(chǎn)生蒸氣，通過驅(qū)動渦輪機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)為電能，這樣就實現(xiàn)了可控核聚變發(fā)電。

研發(fā)出這種裝置是受到海洋槍蝦的啟發(fā)。槍蝦又叫鼓蝦，身長約5厘米，生活在熱帶海洋的淺水區(qū)。這種蝦有一種“黑科技”武器，攻擊獵物時會瞬間噴射出一股時速高達100公里的水流，形成一個極小的低壓氣泡，這個氣泡從產(chǎn)生到破裂只需10億分之一秒，爆破時瞬間溫度達到4700度，被這氣泡沖擊波擊中的獵物很難逃過一劫。

由此，F(xiàn)irst Light Fusio公司開發(fā)的高速“氣槍”就以“槍蝦”命名。據(jù)稱這種“槍蝦”核聚變方式，距離發(fā)電理想大大前進了一步，且相比采用昂貴的高能激光發(fā)射器，成本低多了。目前該公司計劃采用這種技術(shù)，在2030年開辦一個實驗工廠來生產(chǎn)電力。

這完全稱得上是一匹黑馬，是慣性約束可控核聚變開發(fā)方面的一支奇葩，是真正的創(chuàng)新和彎道超車，目前很被看好。

Zap Engergy公司的可控核聚變技術(shù)依然是磁約束技術(shù)/

根據(jù)報道，這家位于西雅圖的初創(chuàng)公司開發(fā)了一套叫Z-pinch的系統(tǒng)，這套裝置采用的是一條與托卡馬克裝置完全不同的路線，摒棄了托馬斯克裝置中大量昂貴的磁鐵、磁線圈、屏蔽材料，以及為了保護它們需要的復雜網(wǎng)絡，只是利用等離子體本身的磁場，將自己約束在一個相對較短的柱子里。

報道采用了一個形象的比喻：將等離子體“釘在”柱子里，并“夾住”它。等離子體本身就是帶電的，理論上當然也可以形成磁場和磁阱。報道里只說這種技術(shù)叫“剪切軸流技術(shù)”，沒有更多地披露技術(shù)細節(jié)。我們也沒有必要去深究它，這些是專業(yè)人員的事情。

我們現(xiàn)在知道的是，這項技術(shù)已經(jīng)成功了，并且在500千安培電流下進行了演示。Zap Engergy的首席技術(shù)官表示，這套裝置叫FuZE-Q，是第四代Z-pinch設(shè)備，下一代將設(shè)計為可容納650千安培的電流，實現(xiàn)收支平衡點，即Q=1。

目前Zap Energy團隊拿到了1.6億美元的C輪融資，雄心勃勃的宣稱，下一步將盡快將這項核聚變技術(shù)推向市場。他們設(shè)想通過大規(guī)模制造反應堆來實現(xiàn)這一目標，這些反應堆將實現(xiàn)模塊化，小到可以放在車庫里。

這樣，這些模塊就既可以部署在偏遠社區(qū)提供電力，也可以組合起來形成大規(guī)模集合體，提供整個城市電力。這種裝置不像經(jīng)典的托卡馬克裝置和慣性約束那樣，需要昂貴的材料，成本大大下降，更容易被社會接受和普及。

那么，這幾種從經(jīng)典可控核聚變技術(shù)中脫穎而出的新技術(shù)，會不會對各國的經(jīng)典常規(guī)技術(shù)造成打擊和沖擊呢？目前很難判斷。但我覺得，F(xiàn)irst Light Fusio和Zap Engergy這兩家初創(chuàng)公司的技術(shù)的確很令人震撼和大開眼界。

當實力雄厚的世界級大公司和國家扶持的頂級研究機構(gòu)，幾十年如一日孜孜不倦地沉浸于經(jīng)典技術(shù)中，一點一點往前挪動時，這幾個小公司卻獨辟蹊徑原創(chuàng)性地開辟出自己的一片新天地，既大大降低了成本，又縮短了預期，這似乎才是真正地彎道超車，無招勝有招啊。

當然，華山論劍，誰主沉浮，還未有定數(shù)；是騾子是馬，還得拉出來溜溜；誰能點亮世界上可控核聚變商業(yè)運用的第一盞燈，才是王者。會是我們嗎？希望是，但還須拭目以待。

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標簽： 等離子體 托卡馬克 第一盞燈