核聚變的成功,就像石油的枯竭一樣,會持續50年。自20世紀50年代核聚變的鼻祖託卡馬克裝置問世以來,已經過去了近70年。然而,聚集了世界頂尖科學家的ITER尚未商業化,似乎還需要未來50年。
其實實現核聚變並不難。很多朋友肯定會說太陽不是核聚變。當然,你的理科課得滿分!但即使不在太陽底下,也不難實現核聚變!因為用氚和氘代替了太陽的聚變!
根據元素的結合能,氚和氘是氫同位素中最容易聚變的,但最難聚變的是因為一個質子會先洗手不幹,把能量轉化成中子,然後變成氘,再和原來的氘結合形成氦III。這就是太陽發生的過程!那為什麼太陽不燃燒最簡單的氚氘呢?其實太陽在13木星質量的時候已經耗盡了氘和氚,所以現在只能把難燃燒的燃燒掉,轉化成氘繼續燃燒!
但是,ITER核聚變專案絕對不會選擇難度較大的氘,而是難度較大的氘氚聚變,但即便如此,氘氚聚變對於人類來說還是非常困難的!因為實現氘氚聚變並不難,但實現自持連續運轉卻非常困難!導致聚變中的高溫等離子體很難控制。因此,透過託卡馬克中大型變壓器的電流極高,等離子體電流高達1000萬安培,扭模、磁島、磁面撕裂等問題十分嚴重。
另一個是第一壁的消耗,因為氘氚聚變會產生多餘的中子。雖然鋰6可以被轟擊產生氚,但是大量的中子還是會被內壁吸收,造成材料嬗變,所以用不了多久就要更換昂貴的第一壁了。
慣性約束核聚變存在點火和持續燃燒的問題,因為燃料球的初始內爆對稱性需要很高的精度,所以不管是哪種方案,總有一個坎要克服,未來解決的成本極高!
當然,以下是假設。不管核聚變有多難,路有多坎坷,我們終於實現了核聚變,但是不要太高興,因為你的核聚變後免費用電的想法是不存在的!納尼?聚變燃料不是相當於每升海水300升汽油嗎?有人要指控我?
其實很好理解,因為氘氚聚變需要兩種氣體,一種是氫同位素氘,一種是氚。前者在自然界的含量約為0.02%。雖然含量很少,氘對於氚來說幾乎就是白菜。一個寶的價格是25ml/145元,1kg/5800元,大規模測量可以打折。但是氚的價格可能很高,大約每公斤3000萬美元。我們來計算一下氚和氘混合一千克能產生多少能量。這種能量轉換成電能的價值是什麼?
氘與氚聚變的質量比為2:3,一千克氚-氘混合物的價值約為1800萬美元,這其實是氚的成本。氘的成本在氚面前幾乎被忽略了!那麼它能產生多少能量呢?
氚-氘聚變的反應方程式為3H+2H=4He+n反應能為17.59兆電子伏,即質量缺陷為17.59兆電子伏,那麼質量缺陷的比率約為0.375%,那麼一千克氚氘混合物完全核聚變後的能量是337081100084874675.6J。
那麼100%轉換電能大約是9363311.40度。事實上,聯合迴圈中汽輪機的最高熱效率是47%,所以電能只有44008288.86度左右。按照目前廣西二級水電站2019年線上價格0.32元,價值14082499292.43元。約:2040646180.6美元,大約:20億美元。
當然,果不其然,這有點理想化,反應發生100%,但值得慶幸的是事實可以達到1-5%。既要維持自身消耗的大量電能,也要平均分攤建設成本,以及裝置折舊和人工成本。略有盈餘已經是最大的勝利了!
所以,在融合力仍然很高的情況下,你想怎麼使用融合力?估計冬天的電加熱器和夏天的冷空調都得省了。但是如果做了慣性核聚變,未來的星際航行就省事多了。不太懂的話就是科幻小說《三體》裡的無工質核聚變發動機(其實是有工質的,只是不需要額外的工質),直接用聚變產生的高能高速粒子推進飛行器!