4月份的时候,有一家公司发了条微博说他们家的全高温超导托卡马克装置——“洪荒70”成功放电了,这条微博引起了核聚变圈的一阵热议,因为这说明“洪荒70”运行的时候达到了预先设定的条件。
要知道“洪荒70”作为一台全高温超导托卡马克装置,它就是说明未来几十年里,在核聚变领域可能会成为一个方向开创者,上海奇点“一核子”团队 CEO 陈为两个月前曾承诺过:“当我们在“洪荒70”里实现聚变点火之后,十年之内,中国就会有第一度电是来自核聚变的。”
听起来简直像是小说里才会有的浪漫画面,若是真的实现了,那对人类将来几十年的能源供给来说都具有深远意义。
以下我们就来看看这台“洪荒70”到底有什么不一样,还有上海能量奇点公司是怎么在成立仅仅不到3年的时间里就能把自己研发的装置打造成全球顶尖水平的。
“洪荒70”的不一样。核聚变是太阳等恒星能量产生的原理之一,就是通过,就像两个氢原子核结合成一个氦原子核,这个过程中会释放出大量的能量,反应后剩余物质的质量就会比最开始两个氢原子核的质量总和少,这个少掉的质量就是转化成能量的部分。
之所以是等恒星能量产生的原理之一,是因为碳等其他元素在恒星内部同样也会发生聚变,但这是在一定条件下才能实现的,比如温度和压力得极高。
在地球上,重元素聚变是不现实的,所以科学家们就用轻元素氘和氚来进行实验性的,可喜的是,氘和氚的聚变条件比重元素要低得多。
地球上已经有用轻元素聚变发电成功的国家了,那就是法国,欧洲同步反应堆 ITER 是由35个国家共同投资建造的核聚变实验性装置。
这也是迄今为止最大的核聚变计划,目的不是要用它来给人类提供电力,而是要寻找出一条可以商业化利用聚变能的方法,ITER计划出了“好结果”,自然使得全球各国更坚定了用光明核能的信心。
但是 ITER 这个项目本身所使用的各种技术指标就已经相当于全人类对核聚变研究的顶尖水平,它有点像是“先天有缺陷”,这让其所采用的技术指标自然也不会有太多突破。
而中国上海滩的“洪荒70”就这样诞生了,它不仅是如今世界上大大小小实验室里唯一的一台全高温超导托卡马克装置,同时也是降低 Q 值最高的一台托卡马克装置,是因为“洪荒70”一经建造就完成了一次让人众所期待的大功。
众所周知,托卡马克是一种被广泛使用的约束核聚变等离子体的方法,其中“TOKAMAK”这个词本身就是俄文“ТОКАМАК”的转写。
它包含着“磁场”和“圈”两个意思,其原理是通过重型线圈产生强大的磁场来对抗氢等离子体与氚等离子体之间原本应该发生碰撞融合的间隔间距引起排斥作用所产生的强大原子力势能,同时通过激光加热来提高等离子体温度,使其能够达到临界值,从而氢等离子体和氚等离子体之间发生碰撞融合实现可控核聚变产生能量。
而大家应该也知道,Q值这个单位是用来衡量核聚变效率高低的,到底是哪个样子的,大家只用知道这个公式 Q=(|反应中生成态核素|/|反应中消失态式核素|)/(反应前后发生质能变化量)。
Q值大于10基本上就意味着可以实现自持运行,也就是不需要额外再提供能量源,“洪荒70”凝聚了中国一大批科学家心血,其原型就是 ITER 的设计图,它吸取了一代又一代科研工作者们对 ITER 这项技术不断突破带来的成果,并且在满足 ITER 大体设计框架要求的前提下进行了大胆改造。
根据设计,它采用的是7000 降低 Q 值,并且实现了全超导托卡马克建造速度最快的新纪录,仅仅用了两年建成,然后又以惊人的速度在仅仅第六次试验之后完成了首次放电,这些成就都堪称华夏儿女骄傲。
上海能量奇点。上海市有着中国最为完善最为先进的科技研究院,同时也是中国高校以及相关企业数量最多,技术水平和影响力也是全国领先。
其中高校方面,有复旦大学、同济大学、华东师范大学、上海大学、上海交通大学和东华大学等一流高等学府,在科研领域有着令人瞩目的贡献和成绩,重要的是,这都是在各自不同领域做出的成果,不像其他地区可能在一些专业方面略强,但各行各业都没有优势。
除了学校之外,还有高校院所和科研院所等构成了上海市专业领域知识能力最强的人设培养体系,这些研究机构都隶属于国家级和省级科研机构,承担着国家和地区重要科研任务,为社会经济发展做出了巨大贡献。
最重要的是,这群被大家亲切称为“高校大佬”的科学家们显然有着非常多的研究人员资源,他们不仅自己在各自领域进行研究,还带着大批优秀学生进行研究,同时也与企业联系紧密,相互交流着最新进展。
因为这让他们相互之间产生竞争力,而且更重要的是,这还促进了创新能力,推动着科技进步和社会发展。
其实更重要的是,高校大佬们不仅自己优秀,还吸引了很多优秀人才加入,这是无形资产,有的人用金钱才能吸引到,但上海市通过这些手段早已形成强大的产业链集聚优质人才。
还有我们刚提到过的,各高等院校之间建立起合作关系后形成的高校联盟,它们共同分享信息和资源,有效整合人力资源,为科研工作提供了支持,还促进了科研成果转化。
其实上海市科研成果转化能力强中最重要的一点就是上海市广阔而又快速发展的经济带来了进驻其中的大量社会资金。
从国家层面上看,大家都知道我国是全球制造业数一数二的重要生产国,因而带动各项行业发展,自然经济发展也更快。
而从地区层面上说,各个城市、城市之间竞争也是前进动力,不仅能促进当地技术研究进展,还促进当地工业生产水平提高。
这也是吸引人才、资金、技术等走向上海市“超级大磁场”的原因之一。
能量奇点未来规划。现在名为“能源奇点”的公司成立不过三年,但是在它成立之前就现已有不少想法和构思了,而且现在它所在的新方向也吸引了全世界无数企业与研究机构参与其中。
在同行业面前它并没有表现得很焦虑,反而信心满满表示,要在当前的成果基础上再接再厉,在十年里推出第二套原型机,将其命名为“洪荒 170”。
原型机 170 含有良好指引意义:到目前为止,还没有任何实验性核聚变装置能够达到所理想 Q 值超过 10,上一套 ITER 原型机欧洲国家 ITER 经过改型训练后,仅确认 Q 值在 5% 左右。
这显示出,即便是全球顶尖实验室参与,Q 值也干不过中国新设计,比 ITER 多出两倍多。
从意图上看,170 必然会加大降低 Q 值力度,目前正在讨论之中。
十年后发布170成为名片之后,还有第3 台:380,由于一号机具有较好指引作用,因此三号机必须将 Q 值设定提高到百分之八十。
380 和170有不同之处,我国科学院院士张杰曾说过:地球上存在两种不稳定元素:氘和氚,可以作为初始物质进行实验,而三号机则要使用它们作为最终产品进行实验。
也就是证实朝着蓄能方向可以行得通的意思,如果一切顺利的话,我们完全有机会在2030到2035年之前实现全球首个关于聚变发电的示范。
这就是洪荒计划,而实现这一伟大蓝图还需要你我共同努力,让我们一起期待一下吧!