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风险雷达|中国可控核聚变首次持续放电101秒,哪些企业在疯狂扑向核聚变研发?

2021-06-07 16:12

我们生活在同一个时代,极少数人沉浸在数百年后的狂欢中。

原子弹爆炸是核裂变发生反应的过程,核能发电厂是核裂变发生反应,转变为电能的过程;

动辄毁掉半个城市的氢弹爆炸,是不可控核聚变发生反应的过程;

太阳持续燃烧几十亿年,是可控核聚变反应的过程,中国合肥的一家核聚变研究所在2021年5月28日,在一座全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST),成功实现了1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。

相比过去,101秒这个记录被延长了5倍。

这一反应过程实际上是在模仿太阳在“燃烧”。

从70年代起,合肥的这家研究所持续努力了40多年,才终于获得可控核聚变持续放电101秒的成绩,将人类文明的科技树向前推进了一大步。

什么是核聚变?

两个相对较轻的核碰撞会产生质量损耗,同时释放惊人的能量,两个能量足够高的核激烈碰撞,不会相斥,而是融合在一起,这个过程被称为核聚变反应。

核聚变的反应条件非常苛刻,需要极高的温度和压力,在太阳系中,太阳的质量和引力足够大,导致它的压力大到非常极端,致使核聚变能够在太阳中自然反应。

地球上不存在这样庞大的压力,我们就需要特殊装置人为创造出强大的磁场,用磁场隔离开金属外壳和里面的等离子体,并将等离子体封闭在一个这个极小的空间,温度上升到1亿摄氏度以上,同时提高封闭空间内部的压力,极其微小的核在密闭空间高速碰撞,立刻释放出光热。

核聚变技术实际上已经出现了,真正能让核聚变进行商用可能性的是可控核聚变,这种技术要求达到在人为控制下随时可点燃聚变反应,或随时可关闭聚变反应的水平。(PS:这里的点燃是方便理解,实际上是天地大冲撞。)

一旦实现成熟的核聚变,现阶段全球任何角落都不再缺电,所有的工厂和居民区,空调、电灯、空气净化器可以24H开着,持续开10000年也花不了多少钱。

这等同于电价不要钱。

有了低成本的电价,又能够拥有更强大的动能,各行各业都会迎来不敢想象的变革。

工业机器人、家庭服务机器人因为有了充足的电能,会被制作的越来越精细;来往于火星、月球、地球、近轨道空间站、木卫二等目的地的宇宙飞船会变成常态;小行星带或许会因为矿产丰富变成太空采矿业的基地。

⬆土卫六

 

⬆木卫二

可控核聚变在理论上可以凭借核聚变能量作为推动力助推火箭,它能够提供高效率且长时间的推进力,这需要复杂的设计结构,因为需要将可控核聚变反应堆固定在宇宙飞船上。

如果这种技术成功,将使二级火箭的速率达到光速的12%。

如果启用核聚变动力火箭,火星和地球的最近距离只需要飞25分钟左右;火星和地球最远距离只需要飞3个小时左右,此处不包含候车和下车时间,也不包含因为航程中不得不放慢速度的时间,因此实际时长大概是半天到1天以内。

这么快的火箭速度,人类在火星建立殖民地就是理所当然的事情了。

可控核聚变另一个难点在于核聚变的理论基础虽然有了,但实现可控核聚变的工程学、材料学等等一系列专业领域严重滞后,大家知道怎么造可控核聚变,但是不知道让可控核聚变发生反应的材料怎么发明。

某些学科已经进入星际时代,另外一些学科还停滞在旧社会。

这等同于远古人类知道了火是怎么燃烧起来的,但大家谁也不知道怎么获得木头和点火器。

不知道人类是不是过早的点开了可控核聚变科技树,也许在宇宙尽头的其他星球,工业文明平均要发展数万年,才会迎来第一次核爆炸实验。

不是没有这种可能,地球的玛雅文明提前几千年发明了文字,却忘记了要造轮子这回事。

科技树发展阶段和文明的发展时间长度并不一定完全吻合,而是呈现出先相对随机且高度依赖环境的现实情况。

不同宇宙的物理、化学规则不一致,如果某个平行宇宙的“核”容易在低温、低压环境下出现聚变反应,那么也许在文明的早期阶段,就有可能掌握了核聚变技术,但也许他们连计算机技术都没掌握。

商用可控核聚变探索

全世界35个国家包括中国在内,参与了国际热核聚变实验反应堆巨型工程计划,总部在法国的普罗旺斯,一个异常浪漫的南法度假胜地。

⬆ITER托卡马克综合设施

多国一起出钱,建造装置,于2013年建设ITER托卡马克综合设施,用于核聚变实验,该设施预计于2021年完成建设阶段,并于这一年开启反应堆,在2025年进行等离子体实验,2035年开始进行全氘 - 氚聚变实验。

光靠一个国家,很难拥有成熟的可控核聚变技术,中国在该计划中负责制造核心部分。

一个可控核聚变发电站所产生的能量大致相当于10万座核裂变发电站,一年可发电10亿瓦特功率,等同于火力发电厂燃烧200万吨的煤炭或130万吨的石油。

⬆ITER托卡马克综合设施

英国有一家叫托卡马克能源(Tokamak Energy)的公司,计划在2030年将核聚变反应堆发出的电送入工业和民用电网。

这一计划非常激进,比官方计划早数十年,私人资本更倾向于相对小型的核聚变反应堆。

中国也有一家做新能源产业链的企业叫新奥科技的公司,发布了紧缩性可控核聚变计划,并从2018年开始着手实验。

⬆新奥集团公司总部及会展情况

该公司是新奥集团的子公司,相比成都和合肥的研究所做的可控核聚变实验,新奥科技的路线更加灵活、小型。

该公司于2018年11月份向河北省申报实验室资格,以总分第一的成绩过了河北省科学技术厅评审,同时称为河北省在聚变技术领域第一家企业重点实验室。

听起来很科幻,但这些报道来自于官方信息,实验室应用基础研究和聚变能源开发为目标,以建设紧凑型聚变技术创新平台为中心,在紧凑型聚变理论基础研究、紧凑型聚变装置开发与设计、等离子体诊断和控制技术研发、紧凑型聚变堆技术四个方向进行核心技术开发。

更加科幻的是这家企业已经成功建设了一座紧凑型聚变研究装置EXL-50(ENN Xuanlong-50,玄龙-50)。

⬆新奥科技EXL-50聚变装置及实验过程

2018年10月开始启动,通过系统组织、分工协作,用10个月左右的时间完成了装置的设计、制造、安装和调试工作。EXL-50装置的主机部分高7.5米,长宽6.8米,由真空室、环向场线圈、极向场线圈、支撑系统等四大部件组成。采用了非感应电流驱动的方式,因此,配备了高功率的电子回旋系统(ECRH)。

随后,新奥科技设计出另一座紧凑型聚变研究装置EFRC-0(ENN Field Reversed Configuration),该装置参照了国外最新轴对称串列磁镜(Axisymmetric Tandem Mirror)式设计,主要由超高真空腔体、三对磁镜线圈和与其关联的真空泵组、大功率电源、射频波、脉冲加料、工程测量与物理诊断、控制与数据采集等系统构成。采用了工业标准 13.56 MHz 射频源产生并维持高密度等离子体,以液氮浸泡的高温超导带作为通量保持线圈。

⬆新奥科技EFRC-0聚变装置及实验过程

这些实验,一部分来源于中科院等离子体物理研究所、核工业西南物理研究院(585所)、中国科学技术大学的友情协助。

开发核聚变装置,虽然是小型,但也非常烧钱,而且成功率非常低。

借助AI风险决策平台RiskRaider风险雷达对这家公司进行风险评估发现,这家公司的存在似乎空穴来风,而是河北省实力非常强的私营企业。

AI对其的风险评估为“关注”级别。

决策森林中有39.63%的“树”认为其风险不大,仅关注即可,14.73%的“树”认为该公司风险正常。

这家公司的集团总部新奥集团股份有限公司,注册资金为50亿元人民币,被AI评定为“一般预警”,仅出现值得注意的诉讼案例。

再次回到新奥集团的问题上来,这家公司主要从事能源产业链,创始人对技术方面比较有情怀,但可控核聚变这个项目的前景很难估量。

毕竟可控核聚变能否成功,这是一个黑天鹅事件。

也许2030年能成,也许1000年后的中秋节才能成功。

也有另一种可能,人类经历漫长的黑暗时代,技术停滞,甚至出现倒退,一直到10万年后某个寒冷的冬日,人类才会出现第一座可控核聚变反应堆。

关于未来的事情,没有人是确定的。

至于风险,每家公司都有必要打造更加完善且现代化的风险控制体系。

风控的目的不是消灭风险,而是避免企业死亡,如果害怕风险,拒绝风险的到来,也会错过风险的另一面——机会

所以对待风险,只要合理的应对,也会帮助企业快速成长,突破瓶颈,进入未曾到过的新阶段。

⬆土卫六

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