（原创）有关核聚变的官方信息

这几天EAST的加热装置突破引来大家对核聚变的关心.我花了一天的时间看完了中国核聚变国家专家组组长的有关介绍, 跟大家汇报一下. 省的大家去听小道消息. （由于记忆有误我有些地方回看了一下同时更新了上次我写的有些错误的地方）具体视频见这个链接

http://www.icourses.edu.cn/details/10358V005
中国大学视频课/工程技术/核聚变——人类理想新能源
主讲教师：万元熙

1. 核聚变的类型

核聚变发生条件有三个, 第一个是温度,有了高温才能使粒子有足够的动能去克服质子的正电荷排斥力, 第二个是密度, 有了足够的密度才能有碰撞的几率. 第三个条件是容器的维持时间, 因为高温的粒子会跑掉的, 就像爆炸会膨胀, 一膨胀就不能持续发生反应了. 核聚变的类型有三种类型,

一个是重力约束, 就是向太阳一样大质量的物体把氢元素压向中心,在5000万摄氏度的高压情况下对氢进行聚变.这个需要大质量,人类做不出来.

第二类是惯性约束. 就是把氘氚放到一个小球里,用激光给他快速加温到2亿到4亿度, 在原子核还来不及膨胀逃走的时候就发生核聚变, 这个技术的核反应是不连续的, 需要以高频率的激光不停的轰击氘氚球. 目前全世界只有中美在做.美国的叫国家点火计划,中国的叫神光. 美国的领先一些, 但是目前离试验要求还差1000倍. 这个技术因为涉及军用所以美国和中国都在搞.

第三类是磁约束, 托克马克是其中的一种, 也是目前投资最大的一种. 最有潜力的一种. 他是一种环形磁约束装置, 靠磁力来约束高温的等离子体. 目前这个装置的温度能达到2-4亿度,远远超过太阳的中心温度.我们国家的EAST是5000万度左右. 密度方面也没啥问题, 现在最大的问题是容器, 这个我等一下讲. 还有一种构型叫仿星器，这个装置非常复杂,失败很多次, 现在又被捡起来了, 主要德国在弄, 后者有个前者不具备的条件--- 安全. 因为托克马克里的等离子体的电流强度太高了,如果控制系统出了问题就会爆炸. 这个爆炸倒不是核聚变, 而是像高压电那种爆炸. 因为一爆炸容器没了,密度一降核聚变立刻就停止了. 问题是爆炸的时候会有放射性的氚会跑出来. 但是污染程度有限, 因为氚的半衰期只有12年. 但是仿星器的特点是电流强度非常低. 我觉得可能是核聚变第二代或者第三代构型.

2. 核聚变的原料以及问题

在讲托克马克的进展之前我说说核原料, 氢是太阳用的原料, 但是它聚变的要求太高了,地球上基本不可能实现. 核聚变的原料有这么几种---氢,氘,氚,氦3, 科学家做过试验, 这些原料发生反应的条件不尽相同, 产生辐射也不尽相同, 氘氚需要的门槛最低,(这也是相对来说), 最安全的是氘氦, 问题是氘氦的反应要求太高了, 那些幻想去月球采氦3做核聚变的同学们可以歇歇了. 没个几百年实现氦聚变的可能性不大. 地球上的氘很丰富, 几乎是取之不竭. 但是问题是氚. 自然环境中是没有氚的. 需要人工制备.其人工制备代价之大令人咂舌. 据武器部门的人说一克氚的价格是一亿人民币. 不错, 你没看错, 是一亿人民币. 而像ITER这么大的试验装置需要3000克的氚. (个人觉得这个价钱夸大了, 一颗氢弹应该不止用一克氚吧, 而且ITER的维护费用是3亿欧元, 怎么算都碰不拢). 就目前的技术门槛来说氘氚反应是我们人类碰到边的核聚变反应, 氘氘, 氘氦诸位暂时就不要想了. 顺便提一句,日本是禁止制氚的. 日本的核聚变装置是氘氘. 后面我还会提到它的JT-6。

3. 托克马克装置和国际合作的ITER

再回到托克马克上面说氚这件事情, 氚很贵, 但是人类发现用中子去轰击锂6就能产生裂变产生氚, 而氘氚反应会产生烦人的中子, 这下正好解决了这个问题. (俺觉得还不是很靠谱,到时候哪里去找那么多锂6啊? 个人瞎猜以后还是要走中子轰击氘的产生氚的路。或者走氘氘的路子）托克马克装置现在为啥大家一下子HKC了呢？这里有几个原因。我们说核聚变有3个要素，温度，密度和约束。 温度密度现在解决了， 以前的问题是约束， 所谓的约束它就是个容器， 磁约束听着好听其实他就是个带网的洗菜盆， 是个大漏勺。 以前的攻关方向就是怎么让这个漏勺漏得慢一点。它有个时间指标就是秒。现在这个问题基本上达到了可以用的阶段， 我们这次的突破就和这个有关， 当然欧美已经突破了。 解决这个问题的方法有这几个，磁腔的形状和外部加热。科学家发现从外部给等离子体加热能提高磁约束从而达到核聚变的门槛。我们这次的突破就是这个加热技术, 是提高磁约束时间的.ITER的理论上可以做到3.7秒. 足以达到反应的临界了.

所以目前核聚变的三个条件托克马克都实现了， 三大试验装置中的两个美国的和欧洲的JET都实现了核聚变，证明了可行性。 但是有些BKC说输出能量还不如输入能量呢！这些人说的没错， 目前没有一个试验装置的输出能量达到或者超过输入能量。但是有一个振奋人心的发现就是科学家发现了一条斜率随着某些尺寸的放大输出功率和输入功率之比会提高。这被一系列的试验装置所证明。 目前已经基本接近1了。这里不得不提一下小日本这方面还是挺强的。 小日本有个JT6, 由于国际上不允许它制氚，所以它的设备用的是氘氘。 但是根据换算他的能量输出和能量输入之比突破了1， 达到了1.25。

所以这就是为什么要国际合作ITER，ITER的目的就是把能量输出比提高到10。ITER是一个很重要的装置， 因为以前的试验装置都是试验某些方面的组件和技术， 譬如我们的EAST等。 ITER是一个全功能的核聚变试验装置。 它除了不能连续点火运行之外其他的功能都放上去了。 进气，反应，制氚，排灰， 控制，维护等。一旦ITER验证了能量输出比斜率有效 （就是能做出10的比率）全球就会掀起一股核聚变电站的狂潮。

4. 中国的核聚变路线图

所有的假设都基于ITER在2027年点火成功。看看各参与国的计划。

美国由于化石能源（页岩能源）的发展基本放弃了核聚变电站的发展， 但是美国人的主要方向是研制核聚变的组件。核聚变电站非常精密， 而且里面有些关键的耐热件和核中子防护件，譬如包层，美国人还是不可小觑。我们一定要掌握住组件的核心技术，不能被美国人掌控。

欧盟不用说了，推进核聚变的主力。 ITER之后就做示范堆。由于欧洲有其他人不具备的仿星器技术如果欧洲人能把二者融合其技术能力还是高人一头。其路线图好像是走仿星器这条路。

日本技术力量雄厚，由于在ITER地址竞争失败，为了补偿日本欧盟会帮日本重建JT6。虽然名字相同，其实就是缩小版的ITER。不过这个氚怎么办是个问题。日本计划2050年开始建正式核聚变站。

韩国计划很激进，好像是2040年建立示范聚变电站。

印度依然计划很给力，它曾经建了两个实验堆， 结果漏气查不出原因拆了，现在找中国人帮忙重新建。它最后加入ITER，派了不少人去，ITER那个大铁架子---大杜瓦是印度唯一的分包。对印度人还是寄予厚望的， 最重的一个分包给它了呀。印度计划在2060年建立商业电站。

俄罗斯没钱了，俄罗斯的核聚变同志们基本没歇着。 在哪儿呢？ 合肥的宾馆里。有些俄罗斯同志长期出差在合肥，中国的超导托卡马克可以说是中俄合作的。这次俄罗斯同志带来了裂变聚变方案，正等着中国专家组的审议。它的计划是拉中国参与它的方案，这个方案是实现核聚变的一条捷径，不过核裂变废料的问题让我们却步。

中国怎么说呢，咱们还是有点脸红的。 EAST是从俄罗斯拉来的， 当然我们后来改建了，也是和俄罗斯同志们一起。西南的那个环流什么的其实是从欧洲拉过来的。现在正在改造， 国家给了几亿。中国原来说等ITER出成果了咱们再跟着上。 现在计划变了，我们要马上立项我们自己的ITER-中国核聚变工程实验堆CFETR。2030年点火。比ITER晚3年。这个3年是有说法的。基本上我们就是让ITER验证技术，验证完了不等它下一步我们就立马上。基本上保证用全ITER的验证成果。而且基本是并行发展节省时间。（因为很多组件还需要开发。这个需要很长的时间）CFETR的功率会比ITER小，ITER是200MW到400MW，我们是50MW到200MW， 但是我们的实验站有个ITER不具备的特点， 就是ITER一年之中只运行15天左右。因为它主要验证一些部件的能力，而且它的冷却系统有问题，毕竟是技术验证实验站。而我们的试验站设计目标是一年之中运行半年--自持运行。目前聚变堆总体设计组已经正式成立了，有红头文件的， 今年邀请全世界的核聚变专家提建议， 计划是2014年出两套设计，选址，2015年国家审批，16年开始组件设计建造。30年点火。 看ITER的架势谁先点火还真不好说。

最后该负责人说，一旦实验站目标实现了，直接抽掉实验材料开始发电。不管发多少电，只要能发出电。

5. 结束语 （俺的观点）

ITER的预算是70亿欧元建设，70亿运行20年，然后拆掉。几十年这么多钱真的不多，中国一国之力完全没问题， 但是技术难度真的不是一般的高。不是你能用钱就能砸出来。很多时候都不是用物理定律来指导的，而是靠实验和经验。而且这里面还有很多问题，譬如氚原料的获取，安全问题，长时间运行的材料防热防高速粒子问题。但是一旦推开了这扇门我们就面临了一个完全不同的世界。

这几天EAST的加热装置突破引来大家对核聚变的关心.我花了一天的时间看完了中国核聚变国家专家组组长的有关介绍, 跟大家汇报一下. 省的大家去听小道消息. （由于记忆有误我有些地方回看了一下同时更新了上次我写的有些错误的地方）具体视频见这个链接

http://www.icourses.edu.cn/details/10358V005
中国大学视频课/工程技术/核聚变——人类理想新能源
主讲教师：万元熙

1. 核聚变的类型

核聚变发生条件有三个, 第一个是温度,有了高温才能使粒子有足够的动能去克服质子的正电荷排斥力, 第二个是密度, 有了足够的密度才能有碰撞的几率. 第三个条件是容器的维持时间, 因为高温的粒子会跑掉的, 就像爆炸会膨胀, 一膨胀就不能持续发生反应了. 核聚变的类型有三种类型,

一个是重力约束, 就是向太阳一样大质量的物体把氢元素压向中心,在5000万摄氏度的高压情况下对氢进行聚变.这个需要大质量,人类做不出来.

第二类是惯性约束. 就是把氘氚放到一个小球里,用激光给他快速加温到2亿到4亿度, 在原子核还来不及膨胀逃走的时候就发生核聚变, 这个技术的核反应是不连续的, 需要以高频率的激光不停的轰击氘氚球. 目前全世界只有中美在做.美国的叫国家点火计划,中国的叫神光. 美国的领先一些, 但是目前离试验要求还差1000倍. 这个技术因为涉及军用所以美国和中国都在搞.

第三类是磁约束, 托克马克是其中的一种, 也是目前投资最大的一种. 最有潜力的一种. 他是一种环形磁约束装置, 靠磁力来约束高温的等离子体. 目前这个装置的温度能达到2-4亿度,远远超过太阳的中心温度.我们国家的EAST是5000万度左右. 密度方面也没啥问题, 现在最大的问题是容器, 这个我等一下讲. 还有一种构型叫仿星器，这个装置非常复杂,失败很多次, 现在又被捡起来了, 主要德国在弄, 后者有个前者不具备的条件--- 安全. 因为托克马克里的等离子体的电流强度太高了,如果控制系统出了问题就会爆炸. 这个爆炸倒不是核聚变, 而是像高压电那种爆炸. 因为一爆炸容器没了,密度一降核聚变立刻就停止了. 问题是爆炸的时候会有放射性的氚会跑出来. 但是污染程度有限, 因为氚的半衰期只有12年. 但是仿星器的特点是电流强度非常低. 我觉得可能是核聚变第二代或者第三代构型.

2. 核聚变的原料以及问题

在讲托克马克的进展之前我说说核原料, 氢是太阳用的原料, 但是它聚变的要求太高了,地球上基本不可能实现. 核聚变的原料有这么几种---氢,氘,氚,氦3, 科学家做过试验, 这些原料发生反应的条件不尽相同, 产生辐射也不尽相同, 氘氚需要的门槛最低,(这也是相对来说), 最安全的是氘氦, 问题是氘氦的反应要求太高了, 那些幻想去月球采氦3做核聚变的同学们可以歇歇了. 没个几百年实现氦聚变的可能性不大. 地球上的氘很丰富, 几乎是取之不竭. 但是问题是氚. 自然环境中是没有氚的. 需要人工制备.其人工制备代价之大令人咂舌. 据武器部门的人说一克氚的价格是一亿人民币. 不错, 你没看错, 是一亿人民币. 而像ITER这么大的试验装置需要3000克的氚. (个人觉得这个价钱夸大了, 一颗氢弹应该不止用一克氚吧, 而且ITER的维护费用是3亿欧元, 怎么算都碰不拢). 就目前的技术门槛来说氘氚反应是我们人类碰到边的核聚变反应, 氘氘, 氘氦诸位暂时就不要想了. 顺便提一句,日本是禁止制氚的. 日本的核聚变装置是氘氘. 后面我还会提到它的JT-6。

3. 托克马克装置和国际合作的ITER

再回到托克马克上面说氚这件事情, 氚很贵, 但是人类发现用中子去轰击锂6就能产生裂变产生氚, 而氘氚反应会产生烦人的中子, 这下正好解决了这个问题. (俺觉得还不是很靠谱,到时候哪里去找那么多锂6啊? 个人瞎猜以后还是要走中子轰击氘的产生氚的路。或者走氘氘的路子）托克马克装置现在为啥大家一下子HKC了呢？这里有几个原因。我们说核聚变有3个要素，温度，密度和约束。 温度密度现在解决了， 以前的问题是约束， 所谓的约束它就是个容器， 磁约束听着好听其实他就是个带网的洗菜盆， 是个大漏勺。 以前的攻关方向就是怎么让这个漏勺漏得慢一点。它有个时间指标就是秒。现在这个问题基本上达到了可以用的阶段， 我们这次的突破就和这个有关， 当然欧美已经突破了。 解决这个问题的方法有这几个，磁腔的形状和外部加热。科学家发现从外部给等离子体加热能提高磁约束从而达到核聚变的门槛。我们这次的突破就是这个加热技术, 是提高磁约束时间的.ITER的理论上可以做到3.7秒. 足以达到反应的临界了.

所以目前核聚变的三个条件托克马克都实现了， 三大试验装置中的两个美国的和欧洲的JET都实现了核聚变，证明了可行性。 但是有些BKC说输出能量还不如输入能量呢！这些人说的没错， 目前没有一个试验装置的输出能量达到或者超过输入能量。但是有一个振奋人心的发现就是科学家发现了一条斜率随着某些尺寸的放大输出功率和输入功率之比会提高。这被一系列的试验装置所证明。 目前已经基本接近1了。这里不得不提一下小日本这方面还是挺强的。 小日本有个JT6, 由于国际上不允许它制氚，所以它的设备用的是氘氘。 但是根据换算他的能量输出和能量输入之比突破了1， 达到了1.25。

所以这就是为什么要国际合作ITER，ITER的目的就是把能量输出比提高到10。ITER是一个很重要的装置， 因为以前的试验装置都是试验某些方面的组件和技术， 譬如我们的EAST等。 ITER是一个全功能的核聚变试验装置。 它除了不能连续点火运行之外其他的功能都放上去了。 进气，反应，制氚，排灰， 控制，维护等。一旦ITER验证了能量输出比斜率有效 （就是能做出10的比率）全球就会掀起一股核聚变电站的狂潮。

4. 中国的核聚变路线图

所有的假设都基于ITER在2027年点火成功。看看各参与国的计划。

美国由于化石能源（页岩能源）的发展基本放弃了核聚变电站的发展， 但是美国人的主要方向是研制核聚变的组件。核聚变电站非常精密， 而且里面有些关键的耐热件和核中子防护件，譬如包层，美国人还是不可小觑。我们一定要掌握住组件的核心技术，不能被美国人掌控。

欧盟不用说了，推进核聚变的主力。 ITER之后就做示范堆。由于欧洲有其他人不具备的仿星器技术如果欧洲人能把二者融合其技术能力还是高人一头。其路线图好像是走仿星器这条路。

日本技术力量雄厚，由于在ITER地址竞争失败，为了补偿日本欧盟会帮日本重建JT6。虽然名字相同，其实就是缩小版的ITER。不过这个氚怎么办是个问题。日本计划2050年开始建正式核聚变站。

韩国计划很激进，好像是2040年建立示范聚变电站。

印度依然计划很给力，它曾经建了两个实验堆， 结果漏气查不出原因拆了，现在找中国人帮忙重新建。它最后加入ITER，派了不少人去，ITER那个大铁架子---大杜瓦是印度唯一的分包。对印度人还是寄予厚望的， 最重的一个分包给它了呀。印度计划在2060年建立商业电站。

俄罗斯没钱了，俄罗斯的核聚变同志们基本没歇着。 在哪儿呢？ 合肥的宾馆里。有些俄罗斯同志长期出差在合肥，中国的超导托卡马克可以说是中俄合作的。这次俄罗斯同志带来了裂变聚变方案，正等着中国专家组的审议。它的计划是拉中国参与它的方案，这个方案是实现核聚变的一条捷径，不过核裂变废料的问题让我们却步。

中国怎么说呢，咱们还是有点脸红的。 EAST是从俄罗斯拉来的， 当然我们后来改建了，也是和俄罗斯同志们一起。西南的那个环流什么的其实是从欧洲拉过来的。现在正在改造， 国家给了几亿。中国原来说等ITER出成果了咱们再跟着上。 现在计划变了，我们要马上立项我们自己的ITER-中国核聚变工程实验堆CFETR。2030年点火。比ITER晚3年。这个3年是有说法的。基本上我们就是让ITER验证技术，验证完了不等它下一步我们就立马上。基本上保证用全ITER的验证成果。而且基本是并行发展节省时间。（因为很多组件还需要开发。这个需要很长的时间）CFETR的功率会比ITER小，ITER是200MW到400MW，我们是50MW到200MW， 但是我们的实验站有个ITER不具备的特点， 就是ITER一年之中只运行15天左右。因为它主要验证一些部件的能力，而且它的冷却系统有问题，毕竟是技术验证实验站。而我们的试验站设计目标是一年之中运行半年--自持运行。目前聚变堆总体设计组已经正式成立了，有红头文件的， 今年邀请全世界的核聚变专家提建议， 计划是2014年出两套设计，选址，2015年国家审批，16年开始组件设计建造。30年点火。 看ITER的架势谁先点火还真不好说。

最后该负责人说，一旦实验站目标实现了，直接抽掉实验材料开始发电。不管发多少电，只要能发出电。

5. 结束语 （俺的观点）

ITER的预算是70亿欧元建设，70亿运行20年，然后拆掉。几十年这么多钱真的不多，中国一国之力完全没问题， 但是技术难度真的不是一般的高。不是你能用钱就能砸出来。很多时候都不是用物理定律来指导的，而是靠实验和经验。而且这里面还有很多问题，譬如氚原料的获取，安全问题，长时间运行的材料防热防高速粒子问题。但是一旦推开了这扇门我们就面临了一个完全不同的世界。