中科院合肥物质科学研究院闷声干了件大事,他们的人造太阳 EAST,也就是东方超环,创下两项关键纪录:既能稳定维持1.2 亿摄氏度高温,也实现了1 亿摄氏度下高约束等离子体持续运行1066秒,接近17分钟。

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说人话就是,他们把氢弹爆炸级别的上亿度高温等离子体,稳稳关在磁场“笼子”里燃烧近18分钟,这个时长是此前世界纪录的2.6倍。

这一下全世界都炸了。因为这个突破,等于把可控核聚变商用的时间,直接往前推了10年。

以前大家都说,可控核聚变永远还有50年,说了快70年了,结果中国这一下,直接把“永远的50年”给干到了2050年之前。

很多人可能不知道,可控核聚变到底是什么,为什么叫人造太阳。你抬头看太阳,它烧了50亿年,烧的就是核聚变。

太阳核心温度1500万度,压力特别大,把氢原子压到一起,变成氦原子,损失的质量变成能量,这就是核聚变。我们看到的阳光,感受到的热,都是核聚变来的。

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氢弹也是核聚变,但是氢弹是不可控的,“砰”的一下炸了,能量瞬间释放,只能用来打仗。

我们要做的,是把这个反应控制住,让它慢慢烧,慢慢释放能量,用来发电,这就是可控核聚变。要是真搞成了,人类就再也不用愁能源问题了。

但是这个事特别难,难到什么程度?核聚变要发生,得满足三个条件:足够高的温度,足够高的密度,足够长的约束时间。

温度得有多高?至少1亿度,比太阳核心温度还高6倍。因为太阳核心压力大,1500万度就行,我们地球上没有那么大压力,只能靠温度凑,得1亿度,才能让氢原子核撞到一起发生聚变。

问题来了,1亿度什么概念?地球上所有的材料,熔点最高的钨,才3400度,1亿度的东西,你拿什么装?什么容器一碰到就化了,连气都不剩。

所以科学家想了个办法,不用容器装,用磁场装。因为1亿度下,原子都变成等离子体了。

就是电子和原子核分开了,都是带电的,带电的东西会受磁场力,你用一个特别强的磁场,就能把等离子体悬在真空里,让它飘着,不碰任何墙,这就是托卡马克装置,像个甜甜圈一样的真空室,外面绕满了超导线圈,产生强磁场。

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说起来简单,做起来难上天。这个1亿度的等离子体,比肥皂泡还不稳定,稍微有点扰动,它就歪了,碰到墙上,“呲啦”一下就凉了,实验就失败了。

而且它还会产生边缘局域模,就像太阳耀斑一样,突然爆发出一股高能粒子流,一下就能把装置内壁烧个坑。

所以以前的实验,能稳定个几秒钟就算不错了,后来做到几十秒,几百秒,大家都觉得了不起了,结果中国一下干到1000多秒。

这次EAST到底突破了什么?以前大家做高约束模式,就是让等离子体密度高一点,烧的旺一点,但是最多坚持个几百秒,因为边缘的热量排不出去,偏滤器(就是排气的那个部件)会被烧坏。

中科院的团队搞了个新的偏滤器设计,叫“钨铜串接偏滤器”,还搞了新的反馈控制算法,能实时调整磁场,把等离子体的不稳定给按下去,就像你用手立扫帚,手一直动,保持扫帚不倒。他们就这么稳稳立了17分钟,1.2亿度,一点没碰墙。

日本人为什么一开始不信?因为他们走的是另一条路线,他们觉得高约束模式不可能稳态运行,只能脉冲运行,烧几十秒停一下,再烧。

结果中国证明了稳态运行是可能的,他们照着做,真做成了,等于中国给全世界的核聚变研究指了一条新路。

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首先,电会便宜到几乎不要钱。核聚变的燃料是氘和氚,氘在海水里,一升海水里的氘,聚变放的能量等于300升汽油。整个地球的海水里有45万亿吨氘,够人类用100亿年,太阳才剩50亿年寿命,等于无限能源。

而且核聚变特别干净,它没有核废料,反应产生的氦是惰性气体,没有辐射,也不排二氧化碳,不污染环境。

它还绝对安全,不会像核裂变反应堆那样堆芯熔毁爆炸,因为只要磁场一断,等离子体一碰到墙,瞬间就凉了,反应立刻停止,根本不会出事。

电便宜到几乎不要钱,会发生什么?首先,所有跟电有关的东西都变便宜了。电动车充电,以前充一次50块,以后可能5毛钱。冬天取暖,夏天开空调,再也不用心疼电费。

高耗能的行业,比如电解铝、化工、数据中心,成本直接砍半。然后,海水淡化就随便搞了,以前海水淡化费电,成本高,现在电不要钱,想淡化多少就淡化多少,沙漠都能给你变成绿洲,再也没有缺水问题了。

粮食问题也能解决。有了无限的电,我们就能在工厂里人工合成淀粉,人工合成蛋白质,不用种地了,直接用二氧化碳和水合成粮食,想吃多少造多少,再也不会有饥荒。

全球变暖也解决了,不用烧煤烧石油了,所有的能源都用电,零排放,几十年就能把大气里的二氧化碳降下来。

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说个冷知识,可控核聚变研究,以前是全世界一起搞的,就是ITER项目,国际热核聚变实验堆,在法国,欧盟、美国、日本、俄罗斯、中国、韩国、印度,7个国家一起出钱,一起搞,本来预计2035年第一次等离子体放电,2045年做实验。

结果中国自己搞的EAST,进度比ITER还快,ITER计划2035年才做的1亿度稳态运行实验,中国2025年就做出来了,提前了整整10年。

现在反过来了,ITER还要用中国的技术,美国、俄罗斯、日本都来找中国合作,想分享EAST的数据。

日本本来还想自己搞个示范堆,现在发现自己的路线不对,也只能来跟中国学习。以前我们在ITER里是小学生,跟着别人学,现在我们成了老师,领着全世界走。

中国接下来的路线图都定好了:EAST 是实验装置,做原理验证;2030 年左右建成 CFETR 中国聚变工程实验堆,装置规模远大于 EAST,将开展聚变发电工程验证,目标实现百兆瓦级聚变功率输出,为后续百万千瓦级商用聚变示范电站打下核心工程基础;

2040 年左右建成示范电站,验证商业化稳定发电盈利能力;2050 年之前,实现聚变电力商业化推广,家家户户用上核聚变发的电。

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很多人说,怎么又是2050年,是不是又画饼?还真不是。

这次的1056秒,是最关键的一个坎,之前大家不知道能不能稳态烧,现在证明了能,剩下的就是放大,做更大的装置,解决材料问题,解决氚增殖问题,都是工程问题,不是原理问题了。

工程问题就好办了,只要钱到位,人到位,砸钱砸人就能解决,不像以前原理都没通。

而且你想,中国现在的工程能力是什么水平?我们说2030年建空间站,2022年就建好了;我们说2020年脱贫,就真脱了;

我们说搞特高压,搞高铁,搞新能源,哪次不是按时甚至提前完成?核聚变这个事,我们说2050年商用,大概率只会提前,不会推迟。

当然了,现在离真正商用还有20多年,我们这代人可能刚好用上,我们的孩子那辈,就从小生活在能源几乎免费的时代了。他们可能会觉得,电本来就应该是随便用的,就像我们现在觉得空气是随便用的一样。

他们看我们现在为了电费涨价焦虑,为了石油打仗,为了全球变暖发愁,可能会觉得不可思议,就像我们看古代人烧柴火觉得可怜一样。

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这次日本人跟着验证了一次,其实也是好事,说明我们的成果是真的,经得起检验,不是自吹自擂。科学就是这样,你做出个东西,别人重复出来了,才是真的。

以前中国科技落后,做出来个东西,别人总说你造假,你抄的,现在我们做出来的东西,别人跟着学,跟着验证,验证完了说一句“中国是对的”,这才是真的硬实力。

70多年前,我们连火柴都叫洋火,钉子都叫洋钉,什么都要靠进口。70年后,我们造出了全世界最先进的人造太阳,领着全世界往能源自由走。

这不是什么天上掉下来的奇迹,是几万科研人员在合肥那个科学岛,闷头干了几十年,一代接着一代干出来的。

从那一天起,人类告别了能源短缺,走进了新的时代。这才是真正的国之重器,功在当代,利在千秋。