可控核聚變?cè)龠^(guò)10年發(fā)電?會(huì)立刻改變?nèi)祟惿鐣?huì)么?
大科學(xué)家受因斯坦研究認(rèn)為,京西無(wú)煙煤的燃點(diǎn)是257攝氏度。為了使用京西無(wú)煙煤燒開水,我們首先要造出一個(gè)可以承擔(dān)257攝氏度的爐子以及可以坐在爐子上的水壺——啊不,我們首先要制造出可以長(zhǎng)時(shí)間維持257攝氏度點(diǎn)燃京西無(wú)煙煤的溫度,把這煤點(diǎn)燃了先。于是一群科學(xué)家開始拿著火石在那里擦:第114514號(hào)點(diǎn)火方案維持100攝氏度瞬時(shí)溫度長(zhǎng)達(dá)5秒鐘!第1919810號(hào)點(diǎn)火方案維持110攝氏度瞬時(shí)溫度長(zhǎng)達(dá)8秒,我們距離使用京西無(wú)煙煤燒開水又近了一步!至于京西無(wú)煙煤的燃點(diǎn)是不是真的257攝氏度,我們對(duì)無(wú)煙煤燃燒的認(rèn)識(shí)是否正確,點(diǎn)燃無(wú)煙煤之后我們能不能造出適合的爐子與水壺……這事還沒有證實(shí)。反正現(xiàn)在科學(xué)家還沒真正的點(diǎn)燃京西無(wú)煙煤呢,甚至點(diǎn)火試驗(yàn)裝置里就沒放煤。
現(xiàn)在人類距離實(shí)現(xiàn)可控核聚變的距離大概就是這個(gè)情況。包括我們正在合肥進(jìn)行施工建設(shè)的中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)。這個(gè)項(xiàng)目的第一期研究?jī)?nèi)容是“如何生爐子”,直到這個(gè)工程的第二期接近結(jié)題(2035年),才開始探索聚變物質(zhì)放電,實(shí)現(xiàn)“輸出功率大于輸入功率”。現(xiàn)在一些媒體和新媒體對(duì)可控核聚變技術(shù)研究的過(guò)分樂觀描述,本質(zhì)是誤讀。
至于說(shuō)為什么滿山的柴火我們非要費(fèi)勁折騰無(wú)煙煤呢?大家還記得第一次工業(yè)革命么?我手打一段文字:
它的重要意義不亞于從舊石器時(shí)代的原始的狩獵人向新石器時(shí)代定居的務(wù)農(nóng)人的轉(zhuǎn)變(無(wú)可不認(rèn)這個(gè)過(guò)程要慢得多),工業(yè)化(尤其是蒸汽機(jī))的貢獻(xiàn) 是用非生物能源取代生物能源,利用機(jī)器(快速 、有規(guī)律、準(zhǔn)確和不停運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器)將熱變?yōu)楣Γ蚨祟惸芾么罅康男履茉?。采用這種新機(jī)器取得了確實(shí)驚人的結(jié)果:到了19世紀(jì)20年代,一個(gè)人操作幾臺(tái)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的織布機(jī),其產(chǎn)量是手工織布工人的20倍,而動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的“騾子”(即走錠精紡機(jī)),其能力是手紡車的200倍。一個(gè)火車可運(yùn)送需要數(shù)百匹馬才能運(yùn)送的貨物,而且速度快得多。確實(shí),產(chǎn)業(yè)革命還有其他很重要的方面,例如,工廠制度與分工。而本文著重研究的是生產(chǎn)力(尤其是紡織工業(yè)產(chǎn)生力)的巨大增長(zhǎng),而它反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了對(duì)更多的機(jī)器、原材料(尤其是棉花)、生鐵、船舶、優(yōu)良交通設(shè)施等需求。
蘭斯德教授在1870年指出,英國(guó)當(dāng)時(shí)使用了1億噸煤,這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于800萬(wàn)億卡熱量,足夠8.5億成年男人用1年(當(dāng)時(shí)的實(shí)際人口是3100萬(wàn))。1970年,英國(guó)的蒸汽機(jī)能力約為400萬(wàn)馬力,相當(dāng)于4000萬(wàn)人產(chǎn)生的功率;“這么多人會(huì)消耗約3.2億蒲式耳小麥,比整個(gè)聯(lián)合王國(guó)1867-1871年期間的年產(chǎn)量高2倍多”。采用非生物能源可以使產(chǎn)業(yè)工人不受生物學(xué)因素的限制,大大增加和創(chuàng)造財(cái)富,而不必屈服于快速增長(zhǎng)的人口壓力。
——《大國(guó)的興衰》【美】保羅·肯尼迪 著
那么,突破可控核聚變技術(shù)的世界,是否能立刻為人類社會(huì)帶來(lái)改觀呢?答案是否定的。
1995年,中國(guó)核學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)、原子能專家傅滿昌突然接到二十多年前在武漢工作時(shí)的老上司的電話。對(duì)話如下:
……(前略)他問我:“利用聚變能何時(shí)能實(shí)現(xiàn)?”我說(shuō):“聚變能的利用主要是通過(guò)對(duì)聚變反應(yīng)能實(shí)現(xiàn)可控的聚變反應(yīng)堆來(lái)實(shí)現(xiàn),如何能實(shí)現(xiàn)可控的聚變反應(yīng),以及如何使聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量安全地導(dǎo)出是聚變研究的主要課題。這里有理論問題,也有工程問題,而且工程問題可能更困難一些。根據(jù)一些報(bào)道,至少要50年以后才有可能實(shí)現(xiàn)?!彼趾臀艺劻艘恍┢渌麊栴},最后說(shuō):“我們國(guó)家很大,要干的事很多,我們不能全線出擊,要有所為有所不為?!?/blockquote>“理論問題,工程問題,工程問題可能更復(fù)雜一些”。這句話怎么理解?我來(lái)百度一下:
汽車產(chǎn)業(yè)是世界工業(yè)最大的生產(chǎn)門類。我們看看汽車的發(fā)展史:
1794年,英國(guó)人斯垂特首次提出了把燃料和空氣混合形成可燃混合氣以供燃燒的設(shè)想。
1801年,法國(guó)人勒本提出了煤氣機(jī)的原理。
1824年,法國(guó)熱力工程師薩迪·卡諾在《關(guān)于火力動(dòng)力及其發(fā)生的內(nèi)燃機(jī)考察》一書中,揭示了“卡諾循環(huán)”的學(xué)說(shuō)。
1859年,法國(guó)的勒努瓦用煤氣和空氣混合氣取代往復(fù)式蒸氣機(jī)的蒸氣,通過(guò)電火花點(diǎn)火爆發(fā)燃燒,制成二沖程煤氣內(nèi)燃機(jī)。
1861年,法國(guó)的德·羅夏提出了進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣等容燃燒的四沖程內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)方式,于并申請(qǐng)了專利。
1866年,德國(guó)工程師尼古拉斯·奧托成功地試制出動(dòng)力史上有劃時(shí)代意義的立式四沖程內(nèi)燃機(jī)。1876年,又試制出第一臺(tái)實(shí)用的活塞式四沖程煤氣內(nèi)燃機(jī)。
曾和奧托共過(guò)事的德國(guó)人G.戴姆勒發(fā)明了燃燒煉制燈用煤油副產(chǎn)品的汽油蒸氣內(nèi)燃機(jī),1883年取得專利,其于1885年把這種內(nèi)燃機(jī)裝在了木制自行車上,翌年又裝到了四輪馬車上。1885年,德國(guó)的本茨把汽油內(nèi)燃機(jī)裝上了三輪車。兩人獨(dú)立進(jìn)行研究,同為世界首輛汽車的發(fā)明人。
戴姆勒和本茨住的并不遠(yuǎn),甚至他們二人分別創(chuàng)辦的汽車公司在本茨82歲的時(shí)候宣布合并為“戴姆勒-本茨公司”,就是今天的德國(guó)奔馳。但是他兩人生前從未見面,公司合并的時(shí)候戴姆勒已經(jīng)去世多年,本茨表示惋惜。為什么兩位發(fā)明家能在同一年各自獨(dú)立完成世界上首輛汽車的發(fā)明呢?因?yàn)樵缭诘谝惠v汽車問世之前,許多與它相關(guān)的許多發(fā)明就已經(jīng)出現(xiàn)了,如鉛酸蓄電池、內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火裝置、硬橡膠實(shí)心輪胎、彈簧懸架等,汽車是許多發(fā)明或技術(shù)的綜合運(yùn)用。而當(dāng)時(shí)的德國(guó),正是率先進(jìn)入以內(nèi)燃機(jī)、電力技術(shù)為代表的第二次工業(yè)革命的國(guó)家。德國(guó)有充足的技術(shù)儲(chǔ)備、人才儲(chǔ)備去迎接汽車的誕生。甚至世界上首位司機(jī)是本茨的夫人。本茨有些宅,不好意思當(dāng)眾展示自己的發(fā)明。本茨夫人決定駕駛丈夫的發(fā)明汽車帶著孩子回娘家,單程一百多公里,向大家證明丈夫的發(fā)明。期間汽車發(fā)生了諸如油路堵塞、電線短路等故障,都被本茨夫人用發(fā)簪、長(zhǎng)筒襪應(yīng)急修好??梢姳敬姆蛉瞬坏莻€(gè)無(wú)師自通的優(yōu)秀女司機(jī),還是個(gè)被家務(wù)耽誤的優(yōu)秀機(jī)械師……說(shuō)明了當(dāng)時(shí)德國(guó)的工業(yè)文化氛圍。
1887年法國(guó)龐哈德·萊瓦索馬車制造公司獲得戴姆勒高速汽油機(jī)在法國(guó)生產(chǎn)的專利權(quán)。按買主要求,依靠技巧嫻熟工匠用手工在裝配大廳配制每輛各不相同的轎車。此時(shí),汽車生產(chǎn)還是手工作坊狀態(tài)。至1900年,歐美共生產(chǎn)汽車9504輛。1900年一項(xiàng)針對(duì)歐美上流社會(huì)的問卷調(diào)查顯示,當(dāng)時(shí)人們對(duì)內(nèi)燃機(jī)汽車的可靠性并不信任,當(dāng)時(shí)大家認(rèn)為最可行的汽車方案是鉛酸蓄電池汽車,還有百分之幾的受訪紳士認(rèn)為汽車最好由蒸氣驅(qū)動(dòng)。
1908年,亨利·福特及其伙伴將奧爾茲、利蘭以及其他人的設(shè)計(jì)和制造思想結(jié)合成為一種新型汽車——T型車,1909年開始T型車單一品種生產(chǎn)。1914年,福特將泰勒的流水生產(chǎn)線技術(shù)運(yùn)用到汽車上,這種技術(shù)被后人稱為裝配線。
從提出原理雛形到生產(chǎn)出原型機(jī),從作坊式生產(chǎn)再到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),再到二戰(zhàn)后世界進(jìn)入汽車時(shí)代,人類用了約150年的時(shí)間。相比之下,以原子能、電子與信息技術(shù)、航天航空技術(shù)為代表的第三次工業(yè)革命則要迅速的多。
以原子能為例:
19世紀(jì)末,英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子;1895年,德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線;1896年,法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)了天然鈾的放射性;1898年,居里夫人又發(fā)現(xiàn)了新的放射性元素釙和鐳;1902年,她經(jīng)過(guò)4年的艱苦努力成功分離出毫克級(jí)的高純鐳;1905年,愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E=mc2(c為光速,E為能量,m為轉(zhuǎn)換成能量的質(zhì)量)。
1914年,英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福通過(guò)實(shí)驗(yàn),確定氫原子核是一個(gè)正電荷單元,稱為質(zhì)子。1932年,英國(guó)物理學(xué)家查得威克發(fā)現(xiàn)了中子。1938年,德國(guó)科學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼用中子轟擊鈾原子核,發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。
1942年,芝加哥大學(xué)的師生徒手用石墨在學(xué)校體育場(chǎng)看臺(tái)下搭建了世界上首個(gè)核反應(yīng)堆。三年后的1945年,曼哈頓計(jì)劃成功,三顆原子彈成功爆炸。1957年,蘇聯(lián)建成了世界上第一個(gè)核電站。然而,由于種種原因,人類并沒有由此進(jìn)入原子能的時(shí)代,至今,核電僅生產(chǎn)了全球16%的電力……
核技術(shù)大約用了五十年從基礎(chǔ)理論研究發(fā)展到了實(shí)際應(yīng)用,因?yàn)槌杀竞图夹g(shù)等原因未能全面取代傳統(tǒng)的化學(xué)能源。
電子信息技術(shù)的發(fā)展更順利和神速一些:1904年,電子管發(fā)明。1945年,世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問世。1948年,晶體管問世。1958年,集成電路發(fā)明。1981年,PC誕生。20世紀(jì)90年代,“信息高速公路”將世界帶入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。21世紀(jì)初葉,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展了信息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域……現(xiàn)在,電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)無(wú)處不在。
人類攻克了核聚變大關(guān)之后,世界還要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的歲月才能發(fā)生變化。核聚變材料的取得等問題將成為人類新的難關(guān)。更何況如今的核聚變技術(shù)路線是否可行還有待驗(yàn)證,更別說(shuō)我們面臨的工程技術(shù)問題了。
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