可控核聚变专家交流一

可控核聚变专家交流一2024-03-05发言人1 0：00：00看到像马斯克公开表示，明年全球将从缺算力转为缺电力，openai的创始 人阿尔特曼也是目前把最大的一笔个人投资3.75亿美金投向了可控核聚变领域，并且在近日在推 特上宣布其投资的可控核聚变。公司黑尼尔正在建设的第七代核聚变设施将于近日开始安装点火。此外我们看到我们国家向中核集团主导建设的聚变裂变混合堆以及中科院主导的best聚变堆，也将于 今年开工建设。我们认为可以从当前时间前瞻的研究可控核聚变赛道。今天我们也非常荣幸地请到了可控核聚变领域相关的资深的专家与咱们分享。咱们专家也准备了PPT下面的时间交给我们的专 家，专家介绍完成后会留有问答的一个时间。发言人2 0：00：59好的。大家晚上好，我今天晚上给大家主要还是从相对比较基础的一些理论。以及。工程的进展，跟大家做一个核聚变的科普的介绍介绍，希望能给大家对核聚变。能有一个较为。基础的认识，知道它是什么，它的基本原理是什么，也希望能给大家介绍了解核聚变在国内以及国际上目前主要的一些进展，以及未来面临的一些主要的问题，怎么解决问题，有没有什么思路以及它可行的一些潜在的商业化的一些前景？首先第一个我还是先从能源角度先讲一讲相关的一些背景，这里是一个相对比较早的一个数据，最新的数据我们也查到，但是其实基本的理论是一样的，我们传统能源的话，主要还是由煤石油和天然气等等这些传统的这种资源，其实它的储量是相对有限的，虽然现在有一些新的开采的一些技术在发现，他们的使用年限可能不像这里给的数据那么短，但从从可是可以稍后的角度来讲，他们是不可再生的资源，总有一天是会被烧耗殆尽的。从煤炭和天然气来讲，他们相对使用的时间储量相对是比较多，可以比较长的，像石油等等，它可开采可以使用的气象相对是比较短的。未来尤其是国家对于双碳，从低碳能源的绿色能源的发展的需求来讲，国内外对于这种绿色新型能源的需求未来是越来越大。水电是其中相对对减碳来讲是很重要的一个能源的方式，但水电它对于生态环境的一个破坏相对比较大，并且它的。开发的一个上线前景，所以相对比较有限的。所以我们还是需要去找一些更有替代前景的新型的能源，其中有一种就是核能，但核能目前相对比较成熟的就是核裂变这种能源，核裂变需要用到的邮政资源相对也是比较有限，尤其我国其实是一个平庸的国家，很多邮资源是需要从比如说哈萨克斯坦等国家进口，所以从能源替代的一个角度来讲，我们需要在未来的5~100年之内，必须要找到关键的一些替代能源来解决能源短缺需求不足的一个问 题，这个也是我们国家以及世界范围内重视核聚变能源的一个最关键的点。绿色能源其实不除了核聚变之外，还有很多其他可再生的一些新型的能源，我们可以做一个简单比较，看一下这些不同能源的优劣势，我们可以看一下，水电当然是它是清洁的，也不会产生二氧化碳，刚才讲的它对生态环境中大体对生态环境的影响，受地理环境的一些限制，所以它的可开采的一些总量相对还是比较有限的 ，因为三峡大坝它发电量是很大，但是它对于这种生态环境的破坏当然也是非常有争议的。还有一种是地热能源，它也是清洁的，也不会产生二氧化碳，但我国的总体的地热能源相对是比较有限，并且主要分布在相对比较靠 西部一带的它受地理环境的一个限制，对于我国总体能源的补充占比是相对比较有限的，它可以作为一个补充的能源，但很难作为一个主体新能源的一个替代。还有一种就是太阳能，还有光伏这两年应该是在我国能源占比比重应该是越来越大，现在应该达到百分之十几，它也是清洁的，不会产生二氧化碳，但是它的缺陷就是太阳能跟风能都有贡献的一个特点。它的运行受它的稳定性非常差，在不同地域不同时间，它很难达到一个稳定可以供给的状态，所以它作为补充能源是一个很好的阶段方式，但它很很难成为能源的一个主体的一个存在。功能也是一样的。那么国家寄予重望的也就是核能的一个开发，其实国家在十几年之前就提出了很雄心勃勃的一个计划，希望能把中国核能的占比从之前2%提到10%以上，但很可惜经过这十几年的发展，核能也经历了一个低谷，因为辅导制度等等其他政 策的一些原因，目前我国核能的占比目前整体大概还是在4%左右，未来还是有比较大的一个目前占比很小，但未来发展的空间还是很大，但核能它目前成熟的核能是核裂变的，像秦山大亚湾等等都是核裂变的能源。这里面有一个很大的问题，它的之前出过比较严重的像福岛、切尔诺贝利等等核安全的一些事故，其中它的放射性废物的处理依然是目前业内很难解决的一个问题，在这一块没有一个很好的办法，还有它的核燃料，刚才我讲的铀的资源相对是比较有限的，它的安全问题目前也是一直没有解决的，所以它大规模使用目前国内主要还是分布在沿海一带，能够比较好的利用沿海的确实有了这个资源，但内陆目前还用的相对比较有限，它未来要想大规模铺开核裂变，难度和前景也不是特 别好。那么从中国能源相关的一些政策以及综合，还有包括一些商业化的公司，现在把重点放在核聚变能，包括国外的一些公司也把聚变能作为国内以及世界范围内一个重点发展的能源方向，它有很明显的一些优势，例如它是清洁的安全的，没有二氧化碳，并且它的燃料都几乎是无限的，当然是不可存量非常少，但可以通过支持的方式去获取，所以它的燃料几乎可以说是无限的，并且它的可获取性好，它的染料提供这一刀是可以从海水中提取，所以它的可获取性非常好，它的固有安全性也是非常好的 ，它的反应挑战非常苛刻，很容易能够使它反应比较终止，所以不用担心他的发生类似于像交通病例等等和爆炸和扩散的风险，也没有产生过废物的问题出现。它的劣势是目前它技术的、原理性验证目 前应该是已经解决了，但是它有很多关键性的一些技术问题，例如等次的约束问题，材料的问题，还有穿刺时的一些问题，关键的技术问题目前还没有达到完全解决，目前有一些解决方案，但是没有达到商业成熟解决的可替代的这种程度，目前已经接近于可商业成熟的一种状态，这是几种不同类型的形式。下面就讲一讲具体来讲核聚变的基本原理是怎么样的，怎么去实现这种核聚变？简单来讲核聚变它是两个比较轻的原子核，在一定的物理条件下聚合为一个比较重的原子核，根据爱因斯坦这种方程产生了核反应，生成了新的原子核跟原来的原子核之间存在质量差，这个过程当中会放出大量的一个能量，其中一部分是以中子的形式释放出来，其中一部分能量以新的原子核的动能产生，还有一部分能量就会释放出来，以这种形式释放出来。氢核释放出，因为每个原子核它要无限的接近它们之间的库仑势力，它们的排斥力会越来越大，所以要使它们无限的接近，形成一个新的能源组合，就成为极高的一个温度，所以我们一般把聚变反应称为一个热核反应，就是需要达到极高的上亿的温度条件下，他们才能聚合在一起，一个很常见的任何反应，在太阳上无时无刻不在发生这种热核聚变反应 。当太阳它相对比较特殊，它实际上的温度没有达到上亿度，它靠的是什么来克服昆仑势力，其实它靠的是一种万有引力。因为。它的质量非常大，它靠极大的这种重力。哭出使两个原子能够极限的耗 电，从而形成相应的原子核。太阳是能够实现稳定的燃烧，它里面有有充足的燃料不断的发发生这种热核聚变的一个反应，利用它的这种基本原理，我们在核武器的研究当中，利用这种原理使它能够无限能够快速的不断的产生热核聚变的反应，但是能够把这种反应使它稳定的像太阳这种持续不断的输出这种能量，从而使它变成一种能源，可以供我们生活使用的这种能源的方式。目前经过了几十年的研究，目前还没没有实现这种技术，但是这是一种可以被认为未来可以发展，成为一种潜在新型的核聚变能的新的能源方式。这种概念原理是经过验证的，但里面有很多技术问题还没有解决。那么有哪些聚变的反应。可以。真正产生聚变反应的反应类型有很多，但其中最有代表性的就是氘氚的聚变反应，它的实现条件相对来讲是最容易实现的。要说实现这种聚变反应，首先第一个它有几个基本的条件，刚才讲了，第一个我们要克服它的库仑势力，只要两个原子能够无限的接近靠近。首先第一个是温度要足够的一个高高酸反应，它需要的一个基础的反应的温度是在1亿摄氏度，对于聚变反应来讲不算特别少，但是还有一个它的反应前面也就是它能够发生这种反应的概率是最高的，包括发生反应的概率相比，其他的比如说氘和氦三氢和硼等等其他的一些反应，截面要高很多，所以这就是为什么国内的像585所的米所等等不同的单位，他们都是以当初聚变反应作为他们燃料反应的主体结构来做的走的技术路线主要也是以高川来进行的。还有第二个条件，我们要实现可持续的聚变的反应很重要，重要的一点是它反应的密度要足够的大，因为如果两个原子核。它发生碰撞。的概率非常少 ，它的能量产生能量密度也非常少，也就很难去实现这种产生能量大于武术的能量，也就没很好的技能能量的一个产生，所以它的反应的密度要足够的大。第三个条件是它的能量的约束时间也要足够的一个长，这里能量约束时间跟实际上等离子的放量时间是有一定区别的，这个是通过物理上真正能够约束住，能够用于聚变反应的时间。这三个物理量决定了聚变反应真正能够发生的一个条件，在地球上能不能发生这种类似于太阳上的持续的核聚变反应，这也是我们研究受控核聚变的一个核心的主题结构。那么刚才讲的它的一个基本的最典型的反应就是这种高穿的聚变反应，它反应的基本过程是怎么样的？一般来讲我们是把这种氘氚属于氢的同位素元素，人类最轻的原子就是氢原子，它只有一 个一个质子，它的一个同位素，一个质子，再多一个中子。那么这在多一个自责的话，就是穿刀穿，他们都是以气体的状态存在的。当将这种反应的气体混合给它加热到等离子体状态，等离子的状态是 区别于气体固体和液体的第四种物质的一个状态，它是属于电中性的，它被电离出来，整个气体的原子被电离出离子和电子一种混合的状态，电离的一个状态需要一定的温度条件，这种混合的被电离到等离子的一个状态，也就是温度升到足够高的一个状态，原子核才能够自由的流动，自由的运动，从而使原子核发生了直接的一个接触，为了第二步，刚才我讲的。 发言人3 0：15：13为了达到。发言人2 0：15：14他们比较克服这种原则和这样一种策略的比较高的库仑排斥的情况下，我们需要 上升到比较高的一个温度来克服。库仑彻底达到一个比较高的碰撞，使这种它们发生聚变反应，产生新的这种新的原子，并释放出新的中子，最终释放出新的能量，整个过程我们是需要有一定的输入能量的，并且需要达到一定的温度的一些条件，最终实现新的原子核的一个产生。同时原子核产生的过程当中又有新的能量 输出，这是整个反应的一个过程，最终产生的中子有一部分又能够持续的进入到下一个聚变反应当中 ，能够形成新的一个链式反应，循环往复的能够产生10个聚变反应的过程，能够连续不断能够产生 ，最终我们输入了一部分能量，但是未来有不断的能量的新的更多的能量的输出，从而达到近的能量的一个产生，这就是聚变反应的一个基本的过程。这是一个简单的刚才我讲的，例如气体分子正常来讲，它是有原子和核外的电子构成的游离这种状态，要使它电电离出来整体的一个状态就是这种原子和核外电子都是呈游离状的非均匀分布的状态，但这种状态正是由于比较高的温度，所以使原子和原子核之间能够发生相应的一个碰撞，从而达到一个。可以发生聚变反应的这样一种状态。聚变反应最主要的就是刚才我讲的三个条件，等于是，有温度，等离子的密度和能量约束时间，这个是决定聚变反应的能够产生与否的最关键的一个因素。为了综合的描述聚变反应的一个指标，所以之前业内相关的一些科学家提出了一个基本的判决，叫劳训判决。等离子的温度、等离子密度、等离子的时间他们有一个三层级，这个也是聚变里面很核心的一个指标，叫聚变三层企业，成绩通过相相关的大量的一些聚变装置的验证，提出的指标是需要至少要大于5.1×10的21次方，每立方米秒和k一v 这样的一个条件才能实现一个基本的聚变的反应。这个是上世纪50年代就提出了，但到目前为止真正能够达到这种级别聚变反应的装置和物理实验的一个参数是极其有限的。这里的温度的一个基本条件是1.2，1~2×10的18次方k也就是1~2亿摄氏度为太阳西部温度的10倍左右。它的 密度是在1~1×10~20次方每立方米这样的一个级