星辰大海路上的種花家 2020-01-22 23:12

核聚變的成功和石油耗盡一樣，永遠都有五十年，從上世紀五十年代核聚變的鼻祖托卡馬克裝置開始到現在為止，已經過去了將近七十年，但聚集了全世界頂尖科學家的ITER仍然還未能商業化運行，似乎還需要有下一個五十年出現！

為什么核聚變那么難實現？

其實核聚變實現并不難，很多朋友肯定就會說太陽不就是核聚變么，當然，您的科學課滿分了！但即使不在太陽上，核聚變實現依然不難！因為用的是氚氘，而不是太陽的氕氕聚變！

根據元素的結合能，氚氘是氫元素同位素中聚變最容易的哦，而氕氕聚變則最難，因為一個質子會先洗手能量轉換為中子，然后變成氘再和原先的氕結合形成氦三，太陽上正在發生的就是這個過程！那為什么太陽不燒最簡單的氚氘呢？其實太陽在13個木星質量大小時已經將氘氚耗盡了，所以現在它只能燒比較難燒的氕氕，將氕氕轉換成氘再繼續燃燒！

太陽核心的質子鏈反應

但ITER核聚變項目肯定不會去選那么困難的氕氕，而是比較容易的氘氚，不過即使如此，氘氚聚變對于人類來說仍然非常困難！因為要實現氘氚聚變并不難，但實現自持持續運行非常困難！原因聚變中的高溫等離子體非常難控制，為此在托卡馬克這個大變壓器中通過的電流極高，等離子體電流高達千萬安培，扭曲模、磁島以及磁面撕裂等問題非常嚴重！

托卡馬克大變壓器示意圖

另一個則是第一壁消耗問題，因為氘氚聚變會產生多余的中子，盡管可以轟擊鋰6生產氚，但仍然有大量的中子會被內壁吸收，造成材料嬗變，所以用不了多久昂貴的第一壁就得更換。

慣性約束核聚變則存在點火與持續燃燒問題，因為燃料球的初始內爆對稱性需要的精度極高，所以無論哪個方案總是有跨不過去的坎，而且未來解決的成本極高！

假如核聚變實現了，你能想到那些用途？/

當然以下屬于假設，我們不管核聚變有多難，道路有多坎坷，終于實現了核聚變，但各位不要高興的太早，因為你設想中的核聚變后用電免費這種事情不存在的！納尼？不是每升海水中的聚變燃料都相當于300升汽油么？居然還有人想收朕的錢？

• 聚變的電成本真的很低嗎？

其實這很容易理解，因為氘氚聚變需要兩種氣體，一種是氫同位素氘，另一種則是氚，前者在自然界中的含量大約為0.02%，盡管含量很少，但對于氚來說氘幾乎就是白菜了，某寶的價格是25毫升/145元，一千克/5800元，目測量大是可以優惠的！但氚的售價可高了，一千克大約三千萬美元，我們來計算下，氚氘混合一千克大約能產生多少能量，這些能量轉換出電能又價值幾何！

氚氘聚變示意圖

氘氚聚變的質量比是2：3，一千克中大約氚氘混合物價值大約是1800萬美元，其實就是氚的成本啦，氘的成本在氚面前差不多就忽略了！那么能產生多大的能量呢？

質子質量是938MeV/c2

氚氘聚變反應方程式為:3H+2H=4He+n反應放能17.59MeV

也就是質量虧損了17.59MeV

那么質量虧損的比例大概是：0.375%

那么一千克氚氘混合物完全核聚變后的能量為：337081100084874675.6J的能量

按一度電為：3600000J計算

那么100%轉換出來的電能大約為：93633638912.465度

事實上聯合循環的的蒸汽輪機熱效率最高也就47%，因此這些電能大約只有44007810288.86度。

按當前2019年廣西二級水電站上網價0.32元計算，價值：14082499292.43元。

約合：2040646180.6美元

大約是：20億美元

果然不少，當然這實在有些理想化，反應100%發生，但事實能達到上1-5%就謝天謝地了，還要維持自身消耗的大量電能，還需要均攤建設費用，還有設備折舊費，還有人工費用，一塌刮子算起來，略有盈余就已經是最偉大的勝利了！

所以我們實現了聚變還不夠，還需要低成本實現聚變才可以！

因此在聚變電能仍然高昂的條件之下，各位還想怎么用核聚變的電能？估計就是家里冬天的電熱取暖器和夏天的冷空調還是得省著用吧！不過如果是慣性核聚變搞定的話，未來的星際航行可就省事多了，如果各位不太理解的話，就是科幻小說《三體》中的無工質核聚變發動機（其實是有工質的，只是不用帶額外的工質而已），直接用聚變產生的高能高速粒子推進飛行器！

希望還是有的，至少未來的恒星際間飛行將成為可能！