可控核聚變的實用化攔路虎到底在哪里?


可控核聚變是人類文明再上一個大臺階的唯一出路。因為人類的文明,無非就是對宇宙物質(zhì)和能量的利用和改造,以及對人類自身和社會組織的進(jìn)化和完善。但是能量的當(dāng)前利用是一個非常大的限制。人類目前只能利用地球本身的表層物質(zhì)和能量,最主要的是化石燃料。然后再少量利用來自太陽的輻射能。但是現(xiàn)有的能量利用機(jī)器,也就是各種發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī),都不能大規(guī)模的利用外太空的能量,而且轉(zhuǎn)換效率極低。這就把人類限制在了地球和火星之間,甚至有人登陸火星都是可望而不可及。人類對地球化石能量的大規(guī)模利用,也嚴(yán)重的污染了地球表層環(huán)境本身,造成比較明顯的溫室效應(yīng)和霧霾。這種利用方式,本身不能明顯增加人類的平均壽命,反倒讓生活質(zhì)量普遍降低,健康受到負(fù)面影響。即使這樣,地球表層可以被人類開發(fā)的化石能源,石油和天然氣預(yù)計只能利用300年左右。
即使儲量最大的煤炭,也不過能利用1000年左右。大規(guī)模燃燒煤炭帶來的污染已經(jīng)嚴(yán)重不符合未來全球?qū)Νh(huán)境越來越高的要求。而僅僅靠風(fēng)能、水電和天陽能又無法維持能量消耗越來越大的現(xiàn)代社會。至于向外空發(fā)展,則更是大問題。所有的這些,都指向一個終極解決方案,就是可控核聚變。一旦徹底解決了這個問題,那么人類可以在100年內(nèi)開發(fā)全部太陽系是沒有太大問題的。這個能量系統(tǒng)的突破,也是脫離地球的第一個前提。脫離地球并不是要拋棄地球,而是有更多的選擇。中國古人早就說,狡兔三窟,僅僅換得不死而已。人類脫離地球生存,無非是在地球這個超級泰坦尼克號之外,多準(zhǔn)備幾艘救生艇,防止萬一哪一天地球這艘巨輪撞上冰山——大概率是被直徑30公里以上的小行星再撞一回。那么人類可以有逃生的機(jī)會,甚至可以直接用超級大馬力的核聚變發(fā)動機(jī)把危險的小行星人為的推走!

而且一旦完成了核聚變大面積應(yīng)用,為爭奪能源而產(chǎn)生的戰(zhàn)爭的概率將大幅度下降??煽睾司圩兇笠?guī)模工業(yè)化發(fā)電后,產(chǎn)生的電力的價格預(yù)計只有當(dāng)前電價的百分之一甚至千分之一,再窮的群體和國家也可以得到極端便宜的電力。而且核聚變發(fā)電的大國根本用不了這么多的電力,可以超低價向窮國輸電。這種狀況下,人類的整體意識將產(chǎn)生一個大的升級。對地球本身的和平極為有利。但是前景如此美好,為何到今天可控核聚變不斷有好消息,卻仍然無法實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)電呢?
根本原因,就是現(xiàn)有的兩種約束方式,即激光慣性約束和磁等離子體約束可控核聚變的聚變狀態(tài)維持的時間都太短!現(xiàn)在磁約束核聚變最多能維持10分鐘,還是長耳朵家的技術(shù)。10分鐘本身輸出的能量還不夠多。這是因為在地球上,激光約束和磁約束,都無法實現(xiàn)太陽中心的巨大壓力,要實現(xiàn)連續(xù)可控的核聚變,只能不斷加大溫度,這造成地球上此類裝置的溫度可以高達(dá)1億度,太陽核心核反應(yīng)的1500萬攝氏度與之相比,居然是相當(dāng)涼爽的環(huán)境。但是不論是通過激光還是磁約束把核心燒到1億攝氏度,都是相當(dāng)費電的。

這就要求在裝置可控核反應(yīng)的時間,至少要維持30分鐘,也就是半小時以上,才能讓輸出的能量遠(yuǎn)大于“預(yù)熱”,也是點燃裝置消耗的電力。目前距離這個30分鐘的門檻看似只有3倍的時間差,實際上要達(dá)到這一點,必須再投入幾百億建造新的裝置。而且要徹底實現(xiàn)工業(yè)化發(fā)電,最好這個裝置可以連續(xù)反應(yīng)1個月不中斷。那么只要12臺這種裝置連續(xù)接力發(fā)電,就可以滿足一個大國一大半的電力了。從10分鐘到1個月,也就是43200分鐘,還有4320倍的差距,而且這個差距不是數(shù)字的簡單累加,而是指數(shù)級別的差距。這也是至今全球無法對可控核聚變工業(yè)化運營的最大攔路虎。
即使某個投入巨資的新裝置實現(xiàn)了連續(xù)1月核聚變發(fā)電,此后的設(shè)備簡化、儲能上的技術(shù)也都是很大的障礙。雖然預(yù)計可控核聚變大規(guī)模實用化后,一度電可以便宜到現(xiàn)在的千分之一,但是在初期使用這種電力,一度電的成本可能需要幾千元。但是只要能首先實現(xiàn)了核聚變工業(yè)化發(fā)電這個大前提,再逐步降低成本,總是有辦法的。