第三百九十二章 可控核聚变

;   1993年，美国在tftr上使用氘、氚1：1的燃料，两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦，q值达到了0.28。

    1997年9月，联合欧洲环创1.29万千瓦的世界纪录。q值达0.60。持续了2秒。仅过了39天，输出功率又提高到1.61万千瓦，q值达到0.65。

    三个月以后，日本的jt－60上成功进行了氘－氘反应实验。换算到氘－氚反应。q值可以达到1。后来。q值又超过了1.25。这是第一次q值大于1，尽管氘-氘反应是不能实用的，但是托卡马克理论上可以真正产生能量了。

    在这个大环境下。中国也不例外，在70年代就建设了数个实验托卡马克装置——环流一号（hl-1）和ct-6，后来又建设了ht-6,ht-6b，以及改建了hl1m，新建了环流2号。

    有种说法，说中国的托卡马克装置研究是从俄罗斯赠送设备开始的，这是不对的，ht6/hl1的建设都早于俄罗斯赠送的ht-7系统。

    ht-7以前，中国的几个设备都是普通的托卡马克装置，而俄罗斯赠送的ht-7则是中国第一个“超导托卡马克”装置。

    那什么是“超托卡马克装置”呢？

    回过头来说，托卡马克装置的核心就是磁场，要产生磁场就要用线圈，就要通电，有线圈就有导线，有导线就有电阻。托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场，就要给导线通过越大的电流，这个时候，导线里的电阻就出现了，电阻使得线圈的效率降低，同时限制通过大的电流，不能产生足够的磁场，托卡马克貌似走到了尽头。

    幸好，超导技术的发展使得托卡马克峰回路转，只要把线圈做成超导体，理论上就可以解决大电流和损耗的问题，于是，使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了，这就是超托卡马克。

    目前为止，世界上有4个国家有各自的大型超托卡马克装置，法国的tore－supra，俄罗斯的t-15，日本的jt-60u，和中国的east。

    除了east以外，其他四个大概都只能叫“准超托卡马克”，它们的水平线圈是超导的，垂直线圈则是常规的，因此还是会受到电阻的困扰。此外他们三个的线圈截面都是圆形的，而为了增加反应体的容积，east则第一次尝试做成了非圆型截面。此外，在建的还有德国的螺旋石-7，规模比east大，但是技术水平差不多。

    由于可控核聚变项目研究所需的巨额成本，任何一个单一国家都很难独立承担，因此，从1985年开始，由苏联、美国、日本和欧共体共同提出，联合出资建立世界上第一个试验用的聚变反应堆（iter)。（注意：iter已经不是托卡马克装置了，而是试验反应堆，这是一大进步）

    最初方案是2010年建成一个实验堆，实现1500兆瓦功率输出，造价100亿美元。

    没想到因为各国想法不同，又恰逢苏联解体，加上技术手段的限制，一直到了2000年也没有结果，其间美国中途退出，iter出现胎死腹中的危险。

    直到2003年，能源危机加剧，各国又重视起来，首先是中国宣布加入了iter计划，欧洲、日本和俄罗斯自然很高兴，随后美国宣布重返计划。紧接着，韩国和印度也宣布加入。

    2005年iter正式立项，地点在法国的卡达拉申，基本设计不变，力争2015年前全面完成，造价120亿美元，欧盟出40%，法、中、日、美各出10%，剩下的想让别人平摊，但韩国印度不干，力争让俄国也出10%，自己出5%，最终美、日、俄、中、韩、印各出约9%。

    iter拉丁语含义为“道路”，可见大家对这个东西抱有多大的希望。很有可能，她就是人类解决能源问题的“道路”。

    如果iter能成功，下一步就是利用iter的技术，设计和建造示范商用堆，到那时，离真正的商业核聚变发电就不远了。但是iter建设中，还有大量的技术问题需要解决，需要有一个原型可以参考，在此基础上，各国的先进超导托卡马克装置就成了设计iter的蓝本。

    当然了，iter的研究远非一个托卡马克装置，它还有很多难题需要攻克。

    这里就要说一下q值（输出功率与输入功率之比）问题，目前世界各国普遍能将q值做到1.5以上，但还有两个难题，目前各国都还没有解决。

    第一就是持续不间断地提供高温所需的能量。q值1.5意味着：产出150吨tnt当量的能量，就要投入100吨tnt当量的能量，而且还是持续的！就像大片里的那样：一台科幻设备一开动，整个城市的灯都灭了。

    第二，即使能够持续供电，但你投入的是1个电，而它产生的却是1.5的热及辐射等。而把它转化成电的话，如果转化率小于66%，还是亏了。目前全球在这一技术上还没有突破。

    因此，对人们而言，可控核聚变原理和方案都具备，最困难的在于工程技术方面，而这个恰恰是钢镚最为擅长的。

    这也是陈新为什么有信心制造出世界上首台可以商业化运营的剧变反应堆的原因之一。

    比如，为了获得强磁场，世界各国普遍采用超导线圈来约束高温等离子体，但是人类现有超导材料只能维持在零下一百多度呈现出超导性，他们必须将磁体系统浸泡在液氦之中，这样一来，不但增加了聚变堆的建设成本，而且聚变堆的小型化也受到了极大的限制。

    此外，像高频电流点火，大功率激光点火，这些都需要新一代的材料工艺支持。

    但对钢镚而言就无所谓了，它现在可以将铊、钡、钙、铜、氧等元素结合起来，制造出一种临界温度达到340k的常温超导体，即在地球上百分之九十九以上的地区，这种材料都能在裸露状态下实现超导性。

    至于核聚变反应点火时所需的高频电流、大功率激光器，那更是小菜一碟了。(未完待续。。)