核聚变发电什么时候(核聚变是核电站发电吗)

核聚变发电何时能成功

李建刚院士想表达的是“可控核聚变反应堆何时能净输出能量（聚变能增益系数Q1）或净输出商业上可用的电力（可能至少需要Q30）”。

不考虑“机器智能突然起飞、帮我们搞定”等间接事件的话，这大概要等到2030年代。当前水平可以看看：

如何看待英国牛津一实验室取得的核聚变发电突破，在实验中达到了11兆瓦的输出功率？用其他核聚变方法发电比这容易。1951年5月起爆的世界上第一颗热核炸弹就能驱动大量的光电、热电设备，核爆锅炉的难点是《全面禁止核试验条约》。

不要求净输出可用电力的话，fusor发出的光与电离辐射可以浪费能量驱动小型设备。不要求可控你还可以看看太阳能。关于可控核聚变的难点，可以看看：第一壁方面，用循环流动的液态金属作为第一壁去吸收中子，可以比较容易地除去液态金属里产生的你不想要的核素，意外失超时液态金属内产生的感应电流会将液态金属推向聚变等离子体，自动减轻固体内壁和偏滤器受到的热与压力。起步阶段可以参照这类专利：另外，氕硼聚变在能将氕原子核的能量控制在3兆电子伏特以下的场合没有子辐射。澳大利亚HB11能源公司称飞秒激光加速核燃料可以让氕硼聚变比旧理论模型描述的快10亿倍，目前还没做出反应堆实物来验证。你可以看看进行过的极小规模的氕硼聚变实验

什么是核聚变发电？

核聚变发电是21世纪初的重要技术，主要是把聚变燃料加热到1亿度以上高温，让它产生核聚变，然后利用热能，但是科学家发现没有任何一种容器能承受1亿度的高温，于是科学家想到了磁容器技术，就是在微型氢弹周围放上强大的磁场，约束住高温物质，但是又一个问题难住了科学家，如果使用磁容器，将至少需要100万吨磁铁，很不实际，于是科学家又想到磁场很强大的电磁铁，但是使用电磁铁也至少需要1万吨重，这可难住了科学家们，经过40多年的努力，科学家发现超导体拥有特别强大的磁场，效率是磁铁的几万倍，于是21世纪初核聚变发电站正式建成了。

自20世纪30年代以来，世界一直在努力掌握核聚变能源

从法国南部普罗旺斯地区的一座小山上，你可以看到两个太阳。其中一个是我们每天都看到已经燃烧了45亿年的太阳。另一个是由数千人的头脑和双手建造的，核聚变发电站。这是一个巨大的建筑工地，可以解决人类 历史 上最大的能源危机。

在圣保罗-莱兹-杜兰斯的小镇上，35个国家齐聚一堂，试图掌握核聚变，核聚变在太阳和所有恒星中都会自然发生，但在地球上很难复制。

聚变提供了一种几乎无限的能源形式，与化石燃料不同，它不会产生任何温室气体，而且与当今使用的核裂变发电站不同，它不会产生放射性核废物。

如果掌握了这一技术，聚变发电将为世界大部分地区提供动力。只要加入1克燃料，就可以在聚变中产生相当于8吨油的能量。这是一个惊人的效益，800万比1。

原子能专家很少预测聚变能何时可以广泛应用，他们经常开玩笑说，不管你什么时候问，都是30年后。

今年2月，牛津附近英国村庄Culham的科学家宣布了一项重大突破：他们在一个名为托卡马克的巨大圆环形机器中，产生并维持了创纪录的5900兆焦耳的聚变能，持续时间为5秒。

虽然它只够为一所房子提供一天的电力。然而，这是一个 历史 性的时刻。它证明了核聚变确实有可能在地球上产生。

这对法国的国际热核实验反应堆项目来说是个好消息，该项目更为人所知的是ITER。其主要目的是证明聚变可以商业化利用。如果可以的话，世界将不再使用煤炭、石油和天然气等化石燃料。

自ITER在英国取得成功以来，从事该项目的人员也正在经历重大变化。他们的总干事伯纳德·比戈特（Bernard Bigot）（法语发音为bi GOH）在领导ITER七年后于5月14日病逝。

在他去世之前，Bigot在阳光明媚的办公室分享了他对聚变能源的乐观态度，办公室里忽略了ITER托卡马克的外壳，这是一个仍在建造中的科幻结构。

“能量就是生命，”Bigot说。“从生物学、 社会 学、经济学角度来看。”

Bigot说，当地球上人口不足10亿时，有足够的可再生能源来满足需求。

他说：“现在不是了。自从工业革命和随后的人口爆炸以来就不是了。所以我们大量使用化石燃料，对我们的环境造成了很大的危害。现在我们有80亿人口，正处于严重的气候危机之中。”

模仿太阳

聚变是通过将两个本质上相互排斥的粒子相撞在一起而产生的。在向托卡马克注入少量燃料后，巨大的磁铁被激活，形成等离子体，这是物质的第四种状态，有点像带电的气体。

通过将托卡马克内部的温度升高到不可思议的高水平，燃料中的粒子被迫融合成一个。这个过程产生了氦和中子。

缺失的质量转化为巨大的能量。中子能够逃逸等离子体，然后撞击托卡马克壁上的“毯子”，其动能以热量的形式传递。这些热量可以用来加热水、产生蒸汽和转动涡轮机发电。

这一切都需要托卡马克可以经受住超高温。等离子体需要达到至少1.5亿摄氏度，比太阳核心温度高10倍。这也产生了一个问题：地球上的东西怎么才能经受住如此高的温度？

这是一代又一代聚变能源科学家设法克服的众多障碍之一。科学家和工程师们设计了巨大的磁铁来产生一个强大的磁场来承受热量。其他任何物体都会融化。

从事聚变研究的人员一直试图在他们的机器内复制太阳。太阳是一个永久的聚变工厂，由一个巨大的等离子燃烧球组成。它每秒将数百吨氢熔合成氦。

宇宙中99.9%的物质都是等离子体，包括恒星、太阳和所有星际物质。例如，在地球上，它被用于电视和霓虹灯，我们可以在闪电和极光中看到它。

ITER的几位专家表示，尽管听起来很可怕，但产生聚变能本身其实并不难。毕竟，自从氢弹发明以来，人类就一直在进行核聚变反应。主要的挑战是怎么维持住。英国的托卡马克装置被称为欧洲联合环，或喷气式聚变能装置，持续时间为5秒，但这已经是该装置持续的最长时间了。其磁铁由铜制成，建于20世纪70年代。在这样的高温下，任何超过五秒钟的时间都会导致它们融化。

ITER使用寿命更长的新型磁铁，该项目旨在产生10倍的能量回报，从50兆瓦的输入中产生500兆瓦的能量。

但ITER的目标并不是将能量用于发电，而是证明它能够比JET维持聚变能量的时间更长。这里的成功将意味着商业规模的机器可以在未来开始产生融合。

当太阳将氢原子融合成氦时，JET项目使用了两种氢同位素氘和氚，ITER也将使用这两种同位素。就化学组成和反应而言，这些同位素的行为几乎与氢相同。

氘和氚都存在于自然界中。淡水和盐水中都含有丰富的氘——仅500毫升水中的氘，加上少量的氚，就可以为一座房子提供一年的动力。氚很稀有，但可以人工合成。目前，世界上只有20公斤，每年的需求量不超过400克。但在800万比1的产量下，只需要少量的两种元素就能产生大量的聚变能。

氚是一种非常昂贵的物质：一克目前价值约30000美元。如果核聚变能实现，需求将达到顶峰，这将带来另一个挑战。

由1000万个零件组成

从远处看，国际热核实验堆（ITER）似乎是一个准备就绪的项目。从近距离来看，很明显，还有很长的路要走。

这座横跨39个建筑工地的建筑极其复杂。主要工地的环境要求无菌，在750吨起重机的帮助下，巨大的部件正在安装到位。工作人员已经组装好托卡马克的外壳，但他们仍在等待一些部件，包括一块来自俄罗斯的巨大磁铁，它将位于托卡马克的顶部。

这些令人兴奋。托卡马克最终将重达23000吨。这是三座埃菲尔铁塔的总重量。它将由100万个组件组成，进一步分为不少于1000万个较小的部分。

这个强大的庞然大物将被有史以来最大的磁铁所包围。它们惊人的尺寸——其中一些直径可达24米——意味着它们太大，无法运输，必须在现场组装。

考虑到涉及的部件数量巨大，根本没有出错的余地。

即使是这台巨大机器的数字设计也跨越了占用超过两TB驱动器空间的3D计算机文件。这与您可以在其上节省1.6亿多个单页Word文档的空间量相同。

在数百名工人共同完成ITER项目的背后，大约有4500家公司，15000名员工来自全球各地。

35个国家正在合作开发ITER，该项目由七个主要成员国，即中国、美国、欧盟、俄罗斯、印度、日本和韩国。这看起来有点像联合国安理会。

由于战争的影响，俄罗斯被排除在许多其他国际科学项目之外，但欧盟委员会在制裁中明确将ITER排除在外。

部分原因是俄罗斯不仅与该项目有着千丝万缕的联系，而且 历史 上与聚变能源也有着千丝万缕的联系。

框架下部的黑色平台是托卡马克综合设施，这是一座40万吨重的建筑，将托卡马克、诊断和氚建筑结合在一起。它后面的混凝土结构是诊断大楼。

20世纪30年代，各国开始寻求聚变能源，数十年来制造了各种机器。但事实证明，最成功的是苏联制造的托卡马克装置。1968年，苏联研究人员取得了巨大的突破——他们能够达到所需的高温，并在一段持续的时间内容纳等离子体，这是以前从未做过的。

甚至托卡马克这个“环形磁约束”的词也来自俄语。

俄罗斯还为ITER项目提供了一些最关键的要素，是ITER项目的主要资助者之一。例如，ITER通信主管拉班·科布伦茨（LabanCoblentz）表示，托卡马克顶部的磁铁是在圣彼得堡制造的，并准备送往法国。

他说，到目前为止，俄罗斯参与该项目的情况没有任何变化。

科布伦茨说：“ITER实际上是冷战的产物。”

他指出，自1985年ITER诞生以来，七个主要成员经历了许多紧张事件。

他说：“我认为ITER是一个和平项目并不夸张。”。

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在托卡马克坑内，一名工作人员测量了一个圆柱形通道（称为馈线短管）和低温恒温器底座之间的连接，这有助于保持托卡马克的真空冷却。

但科布伦茨承认，乌克兰战争是“前所未有的”，他无法预测这对俄罗斯在ITER的未来意味着什么——这将是下一任总干事面临的一个微妙问题。

他说：“但我们的共同承诺一如既往。我可以说，从我参与该项目的一开始，日常政治对我们的努力几乎没有影响。”

仅仅找到合适的地点就花了数年时间，涉及十多年的技术研究、政治谈判和外交微调。2005年，在莫斯科举行的一次会议上，法国的圣保罗列兹Durance最终被确定为建造地点，一年后，在巴黎签署了协议。

2010年，基础铺设完毕，2014年，第一台施工机械投入使用。

时间不多了

国际热核实验堆项目的规模和雄心壮志似乎是巨大的，但它至少是对人类对地球造成的混乱的一种比例反应。自1973年以来，全球能源使用量增加了一倍多。到本世纪末，这一数字可能会增加三倍。进入大气的二氧化碳排放量中有70%是通过人类的能源消耗产生的。我们消耗的能源中有80%来自化石燃料。

现在，地球的热浪更频繁、更致命、干旱、野火、洪水和海平面上升。随着整个生态系统达到临界点，越来越多的人面临生命危险，气候危机的影响越来越难以扭转。

一名焊工站在ITER低温恒温器底座最底层的防护罩后面。

目前，世界正忙于迅速脱碳，并加快从化石燃料向太阳能、风能和水电等可再生能源的转变。一些国家依赖核裂变能源，核裂变能源是低碳的，虽然风险很小，但也不容忽视，放射性废物的储存问题和高昂的成本。

但是，对于世界是否能够快速实现绿色过渡以避免灾难性气候变化，还存在着巨大的挑战。

2010年，《时代》杂志问已故物理学家史蒂芬·霍金，他希望在有生之年看到哪项伟大的科学成就时，他指出了这个科研项目。

他说：“我希望核聚变成为一种实用的能源。”。“它将提供取之不尽、用之不竭的能源供应，不会造成污染或全球变暖。”

新时代

从事核聚变研究的专家们已经克服了巨大的挑战，包括Bigot在内的许多人都将自己的整个职业生涯都献给了核聚变，但从未看到它得到实际应用。

现在，商业企业对未来的这种能源可能在本世纪中叶上线持乐观态度。

但正如核聚变一样，当一个挑战被克服时，另一个似乎突然出现。氚的有限库存和价格是其中之一，因此ITER正在努力生产自己的氚。在这方面，前景不错。托卡马克内的包层将覆盖锂，当逸出的等离子体中子到达包层时，它们将与锂发生反应，生成更多的氚燃料。

Bigot表示，一天的延迟费用约为100万欧元。

欧盟承担着该项目建筑成本的45%。粗略估计，所有其他参与国的贡献率都略高于9%。最初，整个工程估计约为60亿欧元（64亿美元）。目前，总额已增加了两倍多，达到200亿欧元左右。

用于测试极向场线圈的低温恒温器的一部分。低温恒温器将有助于限制等离子体。

2001年的预测预计，将于2016年投产，这是一个未实现的目标。一些观察家曾认为该项目已陷入僵局，但在Bigot掌舵后，该项目得到了简化并重新步入正轨。科布伦茨说，Bigot素有“微观管理者”的美誉，但这正是使这一复杂项目井然有序所需要的。

虽然在他的领导下，期望和最后期限也被修改为更加现实。第一个等离子体现在预计在2025年，第一个氘氚实验有望在2035年进行。

Bigot在临终前一直对ITER的潜力充满热情和乐观。

他说：“氢聚变的效率是燃烧化石燃料的一百万倍。我们在这里所做的实际上非常像在地球上创造一个小型人造太阳。”。“这个核聚变电厂将一直运行。可以说，这个太阳永远不会落下。”