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版主:黑木崖
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全球受控核聚变研究进展和中国的领先地位(原创):
送交者:  2016年05月10日20:27:47 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

    受控核聚变研究,是件不得了的大事,而新浪“深度”那篇相关文章,没讲清此事的来龙去脉,还有不少知识上的硬伤。除了我提到的把热核材料氘和氚误写成氕、氘(一字之差,谬之千里),这小编还说“核聚变反应将在中国人手中变成现实”。其实核聚变反应不早就实现了嘛,氢弹就是。目前全世界都在攻关的,叫“受控核聚变”。这个“受控”二字,意义和难度都比不受控的大多了。


    受控核聚变,几乎可以一劳永逸地解决人类的能源问题。不仅是这小编所说的核材料安全问题,更主要是这核材料几乎取之不竭,产生的能量又远超目前的受控核裂变。比如说,每公升海水里含0.03克的氘,而它在热核反应中产生的能量相当于300升汽油。所以,这项研究的意义,在于它可能带来人类生产力发展方面的一次重大革命,它决不是高温气冷反应堆和快堆之类的核裂变技术改进所能相比的,甚至无法用第几代核电技术来描述。哪个国家搞出了这个,将在未来发展中占领极为有利的地位。


    但这个受控核聚变实在是太难了!目前世界顶级的实验装置,也就做到维持几百秒而已。它离实用还差着十万八千里,这小编说只需十年,我看二十年都很难完成,三十年都算运气的。


    因此研究受控核聚变,等于是为三十年后才能见效的项目砸下惊人的巨额资金。我们先看看全世界有几个国家都做到这点:


    托卡马克装置确实是俄罗斯早在上世纪五十年代就发明了的。托卡马克(TOKAMAK)这词本来就是俄语“环形、真空、磁、线圈”的缩写,顾名思义就是以这种原理制造出巨大的螺旋型磁场,将装置内的等离子体加热到极高温度,从而实现受控核聚变。世界主要科技强国都毫无疑问地积极研制这种装置,并纷纷推出自己的试验项目。八十年代时德国人在其ASDEX项目上率先实现了受约束放电。美国的TFTR项目和日本的JT60项目都取得了不俗的进展,与后来居上的欧洲环型加速器项目(JET)并列为此领域世界三强。但这种项目实力太耗费金钱和时间了,即使美日这样的经济和科技强国,也难以单独完成如此宏大的工程,所以后续就有点玩不动了。毛子在苏联解体后就更别提了,这实在超过其国力所能支撑范围。


    中国从七十年代开始重视研究托卡马克,中科院物理所、等离子所、核工业西南物理所和中科大等分别做过一些小型托卡马克装置,积累了经验,培养了队伍。苏联解体给中国研制中型托卡马克的机会,等离子所的一些老专家千辛万苦凑了40个车皮价值400万人民币的生活物资,从饿得前心贴后背的毛子同行那里换回了那台超导托卡马克T7装置。但那个装置的状态根本不堪试验之用,于是这些老专家花了三年多时间,才把它改造成真正的超导托卡马克装置HT7,从而让中国一举跻身世界四强之列,达到世界先进水平。在此基础上,中国先后在2002年建成中国环流器二号HL2A(西南物理所在前述德国那个ASDEX基础上改进的),在2006年又建成名震江湖的“东方超环”EAST,后者是世界上第一台全超导的托卡马克装置EAST,从此中国跃居此领域领先地位。


    世界受控核聚变研究的基本格局,此前是欧洲与中国竞争,现在正变成全世界(含中国)与中国竞争!


    欧洲列强联手搞的那个欧洲环形加速器项目(JET),曾代表这个领域最高水平。它创造的纪录是保持等离子体4秒钟,而且输出功率还不及输入的大(16MW比24MW)。


    然后就是中国的EAST,目前已经做到2000-4000度高温保持400秒。


    再接着就是世界各国联手打造的国际热核聚变实验反应堆ITER。这个耗资上百亿欧元的宏大工程吸引了欧盟、美国、日本、中国、俄罗斯、印度和韩国参与,其中欧盟贡献费用45%左右,其他六方各掏9%左右,地点选在法国。其目标,是以50MW的输入获得500MW的输出,并且要持续400到600秒。


    ITER的规模和水平要超过土鳖的EAST(大出约四倍),只是它还在建设中,估计2020年出电就不错了。而在此之前,土鳖的EAST依然可以傲视群雄,并且经改造后准备冲击1亿度+1000秒的纪录!这是个全世界科学家和工程师仰望已久的高峰,做到这个指标,才有可能实现可持续的受控核聚变。我殷切地期待在2020年前的某一天,CCTV新闻里传来中国在EAST实现这一历史性突破的好消息。


    然而土鳖的雄心还远不只这些!更为宏伟的中国聚变工程实验堆(CFETR)将于2020年开建,预计2026年即可出电,2030年彻底建成。这,可是百万千瓦级的工程实验堆,有可能让中国成为世界上首个实现核聚变发电的国家。


    这个格局,是不是有点像空间站?国际合作有一个,但土鳖单独有一个。不过与中国未参与国际空间站项目不同的是,那个ITER项目,可是中国积极参与的。虽然出资不到一成(出人也是一成),但那个ITER的许多设计利益于EAST的经验,而且许多重大核心设备是采购自中国的。比如超导线圈,毛子开出白菜价,而中国开价比日本的还贵,但还是中标了,因为土鳖的货色更好,没办法,质优就得高价。前段网上曾传,土鳖报怨在ITER项目遭歧视,比如参与科学家较少和不让进核心研发环节等,而ITER方心不迭地避遥。要说西方历来有点瞧不起中国,也不愿中国取得核心技术,这种心态是哪儿都有的,但要论这个具体的领域,想歧视中国,只怕他们没那个本钱!


    中国为何既参与唯一的国际合作项目,又自己单干一票呢?怕在合作中得不到核心技术是一方面,另外我个人猜测,中方也很可能担心这个欧洲主导的万国牌项目被扯皮耽误了进度。因此,土鳖选择了脚踩两只船。不就是多花点钱嘛,为这么重大意义的项目,值!


    至于受控核聚变何时能大规模商业应用?也许要等到2050年之后,但你只要记住一点,不管哪一天实现,那第一个做到这点并一举摆脱能源瓶颈的国家,最可能就是中国!


    别问我为什么上帝偏偏选择了中国,根子上的事,自己去想。。。

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  好。文科生也应该读读~  /无内容 - 天蓝蓝 05/12/16 (477)
  脚踩两只船好啊,不但分担风险还可以分享那只船的技术秘密  /无内容 - 难得明白 05/11/16 (485)
  日本当时争取ITER落户日本,最后中国支持才落户法国  /无内容 - 无为 05/11/16 (596)
  此人,功不可没,年轻的院士 图 - zippers 05/11/16 (2199)
    确实,CFETR主要就靠他了  /无内容 - George2011 05/11/16 (565)
  于敏的激光核聚变(laser nuclear fusion) - usezguy 05/11/16 (1328)
      然后再简单说说中国在ICF方面的进展和国际比较: - 驭风 05/11/16 (959)
    惯性约束聚变 - usezguy 05/11/16 (1015)
        在各国都承诺减碳排放的压力的加大资源投入情况下会提前  /无内容 - eastwest 05/11/16 (498)
      惯性约束聚变 Links - usezguy 05/11/16 (948)
          没错。NIF现在已经扔下ICF,掉头去搞核武器了。当年它建造 - 驭风 05/11/16 (748)
  不错,谢谢!  /无内容 - 热风吹雨 05/11/16 (444)
  谢谢。不错。现在各地的项目是用氘氘还是氘氚燃料?  /无内容 - eastwest 05/10/16 (555)
    D-D的点火温度要10亿度,D-T大概1亿度。不过,也有 - George2011 05/11/16 (612)
      开发月球也是取得氚的可行办法。中国月球计划比别人更积极  /无内容 - eastwest 05/11/16 (431)
        月球上的那是He3,那是氚衰变后的产物。D+He3或者 - 小fat 05/11/16 (621)
  精彩! 谢谢! 感恩有你!  /无内容 - ddl 05/10/16 (490)
  2千到4千万(!)度---400秒 - 尚同 05/10/16 (874)
    east 基本负责iter的核心技术验证,走前面是必须的  /无内容 - modem 05/11/16 (461)
  谢谢。很好的科普原创。  /无内容 - CA_maple 05/10/16 (426)
  2050 年? 我会尽量活到那一天! 呵呵!  /无内容 - haiwailaohua 05/10/16 (536)
        驭风兄学识深厚且高瞻远瞩,不愧高人一个!  /无内容 - haiwailaohua 05/11/16 (408)
  最新消息:ITER至少延误10年加40亿欧元超支  /无内容 - 破壁人 05/10/16 (654)
    ITER说是六方合作,实为35国,多数都被欧债危机横扫了。  /无内容 - 驭风 05/11/16 (467)
      超级大国玩超级工程,中国在超大型项目所向无敌 - eachus 05/10/16 (967)
  内容丰富驭风的效率值得赞!  /无内容 - eachus 05/10/16 (520)
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