
BEST安装杜瓦底座的的新闻,让国庆期间的互联网沸腾了,看不懂不明白都没问题,一句2030年左右发电让核聚变点亮第一盏灯的说法就足够了美林资管,因为这种从1950年代开始的就在说真正取之不尽用之不竭的能源,几代人努力、70多年了还没突破,这回真要发电了,你说能不让人激动吗?

核聚变确实很牛逼,但技术也太难了
核聚变也是利用核能,不过这个和目前的核电站不一样,那个用的是重核裂变技术,就是铀-235在吸收一个中子后变成铀-236然后很快就会裂变成氪-92和钡-141的过程,而聚变则刚好相反,是两个轻元素聚合成更重的元素,比如我们每天都能看到的太阳聚变就是这样的:

太阳上每天都在重复这个过程,每次聚合都会丢失一些质量,而这些质量将会完全转换为能量,按太阳的体量,还足够燃烧大约至少20~30亿年,之后还能烧,只不过将会变成红巨星,再变成白矮星,那个是很久以后的事情了。
太阳上这种聚变反应叫质子-质子链反应,看似每天都在发生,但要在地球上模拟这个反应几乎是不可能的,因为实现这个条件太难了!因此目前人类在突破的主要是氘-氚的核聚变反应,这是氢的两种同位素,聚变过程如下:

质子之间都带正电,极端的高温可以提供热运动突破库伦斥力,当然更高的压力也可以,但除了太阳核心之外在地球上无法提供这种压力,所以在“常压”下需要更高的温度,氘氚聚变的最低温度是1.5 亿摄氏度(1.5×10⁸ K),当然还有另一个指标,就是保持温度的时间,这三个要素就是:温度×密度×约束时间,即nTτ!
目前公认的 “点火阈值”(反应能量自给自足的最低标准)约为10²¹m^-3⋅K⋅s(即1亿度・10²¹ 粒子/立方米・1秒)
那么目前全球最顶尖的水准是多少呢?2025年1月20日,中国的EAST装置成功实现了上亿度1066秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行。
看来距离核聚变只差一步之遥了!但是种花家要告诉你,这个等离子体的密度还只有1.2 x 10^20/m^3美林资管,至少还有数量级差异,当然尽可能增加约束时间也可以增加了碰撞概率,也是目前最容易做到的一个突破方向。
BEST到哪个程度了:真可以并网发电了吗?
央视的报道是这样说的:
10月1日,中国核聚变装置BEST建设取得关键突破,杜瓦底座成功完成吊装,标志着这一大国重器正式进入主机组装的全新阶段。BEST将首次在国际上验证演示核聚变发电,有望在2030年通过核聚变发电点亮第一盏灯!
很多媒体都在说,BEST将会实现发电,电能很快就会取之不尽了!这样理解各位就无解了,因为BEST只会进行增值测试以及发电测试,这个发电测试的意思是象征性的发电,相当于实验室验证下这个发电过程是否可行,如果可行的话就会建造实验堆,如果不可行的话还需要重新设计发电方案。

所以BEST方案就算发电了也不会商业,甚至BEST的下一代CFTER也只是实验堆,就是在BEST的基础上继续论证商业发电的可行性,要等到CFTER没有问题后才会商业化推广,这个时间节点,如果能在2050年前完成就已经非常了不起了。
另一个是BEST还要验证一个理论,氚的增殖反应!氘氚核聚变,能量确实非常巨大,从理论上看,1克氘氚完全反应的能量相当于9.39万度电,2024全中国用电量为98521亿千瓦时,只需要105吨氘和氚,是不是很牛逼?
但是问题来了,氘也就是重水,当“高能燃料”算简直就像不要钱,但氚就非常贵了,一克氚价格得3~4万美元,相当于20~30万人民币,却只能换回9万度电,这个价格是不是相当不划算?

更要命的是氘氚反应的理论核质量比约为 2:3,但考虑实际燃料形态(双原子分子)和工程经济性,工程应用中采用的最佳质量比约为1:2。这一比例能确保两者粒子数接近1:1,也就是说一克氘氚混合物中,氚得0.66666克,氘只要0.333333克,贵的还是大头,这是不是就没啥意义了?
种花家算了下,发电差不多得2块钱一度,还是完全转换的成本价,要是分摊下研发、建设以及折旧的费用,估计得8~10块钱一度,这核聚变的电谁用得起啊?所以这个氚可不能人工制造,而是要让聚变自己生成!这就是传说中的增值反应:

一个氘核和一个氚核反应会生成一个中子,正常情况下这个中子不带电无法被磁场捕获,撞击内壁造成材料嬗变具有放射性,所以需要用内壁屏蔽,这个内壁就是所谓的第一壁,技术要求很高哦!
但是还有另一条路子,锂-6或者锂-7在吸收一个中子后会生成一个氚核,其翻译过程如下图:
这是锂-6的反应,反应截面比较宽,是比较理想的生产氚的原料,锂-7也可以,但反应界面比较窄,不过锂-7就是天然锂的主要成分,占比92.5%,所以用大部分锂-6加部分锂-7做成“反向”天然锂“合金”,当反应堆的“第一壁”,直接生成氚,以形成增殖自持反应。对了,氢弹中的氚也是这样生成的,只不过提供中子的是原子弹爆炸过程。

那么锂-6的价格是多少呢?丰度95%、纯度 99% 的氟化锂-6大概是30万元/千克,这比直接生产氚的成本瞬间就缩小了1000倍,从2块钱一度电变成了0.002元一度,也就是0.2分一度,这个价钱,那就可劲造吧,随便用,哥我请你家用电一年都没啥问题!
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