BEST安裝杜瓦底座的的新聞,讓國(guó)慶期間的互聯(lián)網(wǎng)沸騰了,看不懂不明白都沒(méi)問(wèn)題,一句2030年左右發(fā)電讓核聚變點(diǎn)亮第一盞燈的說(shuō)法就足夠了,因?yàn)檫@種從1950年代開(kāi)始的就在說(shuō)真正取之不盡用之不竭的能源,幾代人努力、70多年了還沒(méi)突破,這回真要發(fā)電了,你說(shuō)能不讓人激動(dòng)嗎?
![]()
核聚變確實(shí)很牛逼,但技術(shù)也太難了
核聚變也是利用核能,不過(guò)這個(gè)和目前的核電站不一樣,那個(gè)用的是重核裂變技術(shù),就是鈾-235在吸收一個(gè)中子后變成鈾-236然后很快就會(huì)裂變成氪-92和鋇-141的過(guò)程,而聚變則剛好相反,是兩個(gè)輕元素聚合成更重的元素,比如我們每天都能看到的太陽(yáng)聚變就是這樣的:
![]()
太陽(yáng)上每天都在重復(fù)這個(gè)過(guò)程,每次聚合都會(huì)丟失一些質(zhì)量,而這些質(zhì)量將會(huì)完全轉(zhuǎn)換為能量,按太陽(yáng)的體量,還足夠燃燒大約至少20~30億年,之后還能燒,只不過(guò)將會(huì)變成紅巨星,再變成白矮星,那個(gè)是很久以后的事情了。
太陽(yáng)上這種聚變反應(yīng)叫質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng),看似每天都在發(fā)生,但要在地球上模擬這個(gè)反應(yīng)幾乎是不可能的,因?yàn)閷?shí)現(xiàn)這個(gè)條件太難了!因此目前人類(lèi)在突破的主要是氘-氚的核聚變反應(yīng),這是氫的兩種同位素,聚變過(guò)程如下:
![]()
質(zhì)子之間都帶正電,極端的高溫可以提供熱運(yùn)動(dòng)突破庫(kù)倫斥力,當(dāng)然更高的壓力也可以,但除了太陽(yáng)核心之外在地球上無(wú)法提供這種壓力,所以在“常壓”下需要更高的溫度,氘氚聚變的最低溫度是1.5 億攝氏度(1.5×10? K),當(dāng)然還有另一個(gè)指標(biāo),就是保持溫度的時(shí)間,這三個(gè)要素就是:溫度×密度×約束時(shí)間,即nTτ!
目前公認(rèn)的 “點(diǎn)火閾值”(反應(yīng)能量自給自足的最低標(biāo)準(zhǔn))約為1021m^-3?K?s(即1億度?1021 粒子/立方米?1秒)
那么目前全球最頂尖的水準(zhǔn)是多少呢?2025年1月20日,中國(guó)的EAST裝置成功實(shí)現(xiàn)了上億度1066秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行。
看來(lái)距離核聚變只差一步之遙了!但是種花家要告訴你,這個(gè)等離子體的密度還只有1.2 x 10^20/m^3,至少還有數(shù)量級(jí)差異,當(dāng)然盡可能增加約束時(shí)間也可以增加了碰撞概率,也是目前最容易做到的一個(gè)突破方向。
BEST到哪個(gè)程度了:真可以并網(wǎng)發(fā)電了嗎?
央視的報(bào)道是這樣說(shuō)的:
10月1日,中國(guó)核聚變裝置BEST建設(shè)取得關(guān)鍵突破,杜瓦底座成功完成吊裝,標(biāo)志著這一大國(guó)重器正式進(jìn)入主機(jī)組裝的全新階段。BEST將首次在國(guó)際上驗(yàn)證演示核聚變發(fā)電,有望在2030年通過(guò)核聚變發(fā)電點(diǎn)亮第一盞燈!
很多媒體都在說(shuō),BEST將會(huì)實(shí)現(xiàn)發(fā)電,電能很快就會(huì)取之不盡了!這樣理解各位就無(wú)解了,因?yàn)锽EST只會(huì)進(jìn)行增值測(cè)試以及發(fā)電測(cè)試,這個(gè)發(fā)電測(cè)試的意思是象征性的發(fā)電,相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證下這個(gè)發(fā)電過(guò)程是否可行,如果可行的話就會(huì)建造實(shí)驗(yàn)堆,如果不可行的話還需要重新設(shè)計(jì)發(fā)電方案。
![]()
所以BEST方案就算發(fā)電了也不會(huì)商業(yè),甚至BEST的下一代CFTER也只是實(shí)驗(yàn)堆,就是在BEST的基礎(chǔ)上繼續(xù)論證商業(yè)發(fā)電的可行性,要等到CFTER沒(méi)有問(wèn)題后才會(huì)商業(yè)化推廣,這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn),如果能在2050年前完成就已經(jīng)非常了不起了。
另一個(gè)是BEST還要驗(yàn)證一個(gè)理論,氚的增殖反應(yīng)!氘氚核聚變,能量確實(shí)非常巨大,從理論上看,1克氘氚完全反應(yīng)的能量相當(dāng)于9.39萬(wàn)度電,2024全中國(guó)用電量為98521億千瓦時(shí),只需要105噸氘和氚,是不是很牛逼?
但是問(wèn)題來(lái)了,氘也就是重水,當(dāng)“高能燃料”算簡(jiǎn)直就像不要錢(qián),但氚就非常貴了,一克氚價(jià)格得3~4萬(wàn)美元,相當(dāng)于20~30萬(wàn)人民幣,卻只能換回9萬(wàn)度電,這個(gè)價(jià)格是不是相當(dāng)不劃算?
![]()
更要命的是氘氚反應(yīng)的理論核質(zhì)量比約為 2:3,但考慮實(shí)際燃料形態(tài)(雙原子分子)和工程經(jīng)濟(jì)性,工程應(yīng)用中采用的最佳質(zhì)量比約為1:2。這一比例能確保兩者粒子數(shù)接近1:1,也就是說(shuō)一克氘氚混合物中,氚得0.66666克,氘只要0.333333克,貴的還是大頭,這是不是就沒(méi)啥意義了?
種花家算了下,發(fā)電差不多得2塊錢(qián)一度,還是完全轉(zhuǎn)換的成本價(jià),要是分?jǐn)傁卵邪l(fā)、建設(shè)以及折舊的費(fèi)用,估計(jì)得8~10塊錢(qián)一度,這核聚變的電誰(shuí)用得起啊?所以這個(gè)氚可不能人工制造,而是要讓聚變自己生成!這就是傳說(shuō)中的增值反應(yīng):
![]()
一個(gè)氘核和一個(gè)氚核反應(yīng)會(huì)生成一個(gè)中子,正常情況下這個(gè)中子不帶電無(wú)法被磁場(chǎng)捕獲,撞擊內(nèi)壁造成材料嬗變具有放射性,所以需要用內(nèi)壁屏蔽,這個(gè)內(nèi)壁就是所謂的第一壁,技術(shù)要求很高哦!
但是還有另一條路子,鋰-6或者鋰-7在吸收一個(gè)中子后會(huì)生成一個(gè)氚核,其翻譯過(guò)程如下圖:
這是鋰-6的反應(yīng),反應(yīng)截面比較寬,是比較理想的生產(chǎn)氚的原料,鋰-7也可以,但反應(yīng)界面比較窄,不過(guò)鋰-7就是天然鋰的主要成分,占比92.5%,所以用大部分鋰-6加部分鋰-7做成“反向”天然鋰“合金”,當(dāng)反應(yīng)堆的“第一壁”,直接生成氚,以形成增殖自持反應(yīng)。對(duì)了,氫彈中的氚也是這樣生成的,只不過(guò)提供中子的是原子彈爆炸過(guò)程。
![]()
那么鋰-6的價(jià)格是多少呢?豐度95%、純度 99% 的氟化鋰-6大概是30萬(wàn)元/千克,這比直接生產(chǎn)氚的成本瞬間就縮小了1000倍,從2塊錢(qián)一度電變成了0.002元一度,也就是0.2分一度,這個(gè)價(jià)錢(qián),那就可勁造吧,隨便用,哥我請(qǐng)你家用電一年都沒(méi)啥問(wèn)題!
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.