中国把国运押在核聚变上

朱头山 (2026-02-26 09:49:24) 评论 (2)

马斯克(Elon Musk)多次公开表示,在地球上造核聚变反应堆是“超级愚蠢”的。他的核心逻辑是:既然天上已经有一个现成的、巨大的、免费的核聚变反应堆(太阳),我们为什么还要花巨资在地球上造“微缩版”?太阳每小时照射到地球的能量,足够全人类使用一年。只要铺设足够多的太阳能板(比如在犹他州或内华达州取一小块地),就能供全美国用电。再配合特斯拉的 Megapack 等大型电池,解决晚上没太阳的问题。如果觉得这样还不够的话,在太空中放一系列光伏板,那就能全天候遇到阳光,虽然技术上也很困难,但比核聚变还是容易多了!

大多数人理解的核聚变,是两个氢原子聚合,释放出巨大的能量,就像发生在太阳上的那种。可惜,这种H1-H1 聚变,在地球上并没有可行性。这种聚变的产能并不大,如果你把太阳中心的一立方米拿出来,它的发热功率还不如你家里的堆肥桶。太阳之所以能量巨大,纯粹是因为它体量巨大。地球上造不出太阳那么大的重力环境,所以我们只能选择“最容易发生”的反应,即 氘(D)和 氚(T)。它们的反应截面(碰撞成功的概率)比 H1-H1 高出好几个数量级。

但这个D-T反应,D+T---He+n+17.6MeV,  需要极度的高温高压,还会产生大量的中子。这样的反应条件,目前只有在氢弹中可以得以实现。氢弹需要一个裂变弹(核弹)起爆,产生上亿度的高温和高压,让氘(D)和 氚(T)发生聚变。

如果要建立一个和平应用的聚变炉,有这么几个难点。首先是产生这种聚变的高温高压条件,非常难以做到。其次,虽然氘的储量很高,在海水中取之不尽,但氚却非常稀缺。目前取得氚的方法是间接的,在聚变反应堆的内壁铺一层锂 (Lithium)。当聚变产生的中子撞击锂时,会发生反应生成氚,但这个工艺,并不容易,目前还无法在民用装置中做到。第三,中子是个很强的放射源,使得反应堆必须加装一个防护层,其要求甚至高于裂变装置。

目前聚变实验装置官方估计约为 220 亿至 250 亿美元(甚至有外部估算高达 650 亿美元)。如果以目前这种水平,发出电每度需5万美元,对比目前裂变核电的一美元,可以见得,要让聚变成为经济上可行,这个距离可不是一般的长。

核聚变难,代价高昂,已经成为业内人士的共识,但中国在这个方面很执着,一直不懈地推进。因为中国在电动车,太阳能方面很成功,这使得美国人也不敢怠慢,不得不在核聚变方面也在推进。

去年中国的发电量首次突破 10万亿千瓦时 (10,000 TWh),大约是美国的两倍多,并且超过了欧盟、日本、俄罗斯和印度四大经济体的总和。在发电来源中,煤电依然占55-60%,水电15%, 风光22-25%,核电<5%,垃圾发电1.5-2%。

有了电,再加电动车普及,就不太需要石油,电还可以生产粮食,淡化海水,驱动AI,美国在战略上就无法卡中国的脖子了。而且,电动化带来的技术革新,可以为中国带来极大的价值增量,技术出口,和全球影响力。因此,中国把赌注都放在电上,计划到2035年,中国的发电量大约是美国的3-4倍,如果实现,美国要不投降都难!

风光发电量增速非常明显,但最大限度也只能占到现有的10万亿千瓦时的50%,要靠它们来实现几十万亿度电的倍增,技术上几乎没有可能性。水电,煤电也担当不了这个重任,裂变核电呢?除了成本巨大,工期长外,核电站因为降温和安全的要求,必须建在水边(海或者大湖),中国没有像美国五大湖那样的大湖,因此只限海边,潜力不大了,更担当不了提供几十万亿度电的增量的重任。至于钍盐发电,目前还是一个概念,量也不可能巨大。剩下的选择,就是马斯克说的太空太阳能和核聚变。

在地面上,由于大气层的吸收、散射以及昼夜交替,太阳能板的效率大打折扣。但在高轨道(特别是地球同步轨道),一年中 99% 的时间都暴露在强烈的阳光下,只有在春分和秋分前后的极短时间内会进入地球阴影。那里的光强比地面平均高出 6-10 倍,因为没有大气的削弱。它提供的是完美的“基荷电力”,像核电站一样稳定,不再受天气和昼夜影响。

有了电,怎么传回地球?拉一根 3 万公里的电线显然不现实。目前的主流方案是:微波输电。虽然理论可行,空间电站还需要解决几个“硬核”问题。 要达到一座核电站的发电量(约 1GW),空间站的反射镜或光伏阵列需要达到 1-2 公里宽。这在目前是史无前例的超大型航天器。 尽管微波穿透大气层的损耗只有 2% 左右,但“电→微波→电”的两次转化效率目前还有待提升。 想象一下,从 36,000 公里外射出一束能量,必须精准击中地面的接收场,偏离一点点都可能带来安全隐患(虽然微波束能量密度通常被设计得低于阳光,不会像电影里那样“烧毁城市”)。反正现在,这个技术还只停留在理论上,近期没有实现的可能性。

目前核聚变还是聚焦于最可行的氘(D)和 氚(T)聚变。中国还是走在比较靠前的,中国在托卡马克(磁约束)路线上的进步非常惊人,主要依靠 EAST(东方超环) 和 HL-3(新一代人造太阳) 两大装置。在 HL-3方面, 2025-2026 年间,中国 HL-3 成功实现了电子温度 1.6 亿度、离子温度 1.1 亿度的重复放电,并大幅提升了三乘积(温度×密度×时间)的综合参数。在EAST方面,中国突破了“密度极限”,证明了在高密度条件下依然能保持等离子体稳定,这为未来的“点火”扫清了物理障碍。中国也正在建设 BEST(燃烧等离子体实验装置)。国家的目标是在 2030 年前后实现真正的氘氚燃烧并发电。中国目前的策略是举国之力,工程进度几乎是全球最快的。因此,中国的核聚变可以说处于黎明前,第一个实现跳跃是很可能的!

如果成功,那么中国将奠定自己的超级大国的地位,很难被超越了!