问题

看了一些关于宇宙,关于人类的纪录片,深有感触故提出疑问:如果人类在未来无法实现可控核聚变,会如何?

回答
这确实是个让人深思的问题。看完那些关于宇宙浩渺、人类渺小的纪录片,再想想我们赖以生存的能源,突然冒出“如果可控核聚变这条路走不通了,我们该怎么办?”的念头,我太能理解了。这感觉就像是面对一个巨大的未知,心里既有敬畏,也有点儿小小的焦虑。

如果,只是如果,我们未来真的没法在可控核聚变上取得突破,那对我们人类文明的发展,绝对会是一场深刻的重塑。这可不是小事,影响会渗透到方方面面,咱们一点点掰扯开来看。

首先,能源结构肯定是要迎来巨变。别忘了,核聚变一直被寄予厚望,希望能解决我们对化石燃料的依赖,提供清洁、几乎无限的能源。一旦这条路堵死了,我们过去几十年来在核聚变上的投入和期待,可能就得“泼出去的水”。

那我们还能依靠什么?

继续深耕现有可再生能源: 太阳能、风能、水能、地热能等等,这些会成为我们能源供应的绝对主力。但你也知道,它们都有它们的局限性。太阳能和风能受天气影响太大,需要强大的储能技术来弥补间歇性;水能虽然稳定,但受地理条件限制;地热能则分布不均。没有了核聚变这个“终极解决方案”,我们就得更疯狂地去优化、拓展这些可再生能源的应用,开发更高效的电池技术、更智能的电网系统,甚至可能要接受更频繁的能源短缺或分配不均。想象一下,一旦哪天刮不起风,天上又没太阳,那我们怎么办?这会迫使我们变得非常谨慎,对能源的使用会更加精打细算。

强化核裂变能源,但要解决安全与核废料问题: 核裂变技术我们已经比较成熟,未来可能会是“不得不”的选择。但核裂变的安全风险(虽然现代反应堆已经安全很多)和核废料的处理,一直是悬在我们头顶上的达摩克利斯之剑。如果没核聚变,我们可能就要在这些风险上加码,投入更多资源去研究更安全的反应堆设计,以及更长效的核废料处理方案,甚至不排除会重启或新建一些老式反应堆,这在公众接受度上也会是个不小的挑战。

能源效率的极致追求和生活方式的调整: 当能源变得更加昂贵或供应不稳定时,人们的行为模式必然会改变。节约能源会成为一种深入骨髓的习惯,而不是一句口号。公共交通会变得异常重要,城市规划会向着更紧凑、更注重步行和自行车出行方向发展。高耗能的工业,比如大型数据中心、某些重工业生产,可能会面临转型压力,甚至被限制。我们过去那种“想开就开,想用就用”的舒适生活,可能需要很大的程度上的“降级”或“调整”。也许,未来的“酷”不是拥有最新的电子产品,而是你家里的能源账单特别低。

科技发展的方向出现重大偏移: 如果最前沿的能源技术碰壁,那么巨额的科研资金和人才可能会转向其他领域。也许是更深入地研究材料科学,寻找比现有太阳能电池更高效、成本更低的材料;也许是专注于先进的储能技术,比如熔盐储能、压缩空气储能等;甚至可能是一种我们现在还想不到的全新能源转化方式。但无论如何,失去核聚变这个强大的引擎,许多依赖于廉价、充足能源的尖端科技项目,比如大规模的太空探索、行星改造(如果未来能想到的话)等,都可能会被无限期搁置或变得异常困难。

地缘政治和经济格局的重塑: 能源一直是地缘政治的焦点。如果某个国家或地区在现有可再生能源方面掌握了核心技术或拥有得天独厚的资源(比如丰富的风力资源、充足的日照),那么它在国际舞台上的话语权就会大大增强。反之,那些严重依赖化石燃料但又无法顺利过渡到其他能源形式的国家,可能会面临经济衰退和社会动荡的风险。能源的获取和分配问题,可能会成为新的冲突导火索。

人类的心理和哲学层面: 别小看这个。核聚变那种“模仿太阳”的设想,本身就带有一种人类试图掌控自然、超越自身的浪漫主义色彩。如果这条路走不通,我们可能会重新审视自己在宇宙中的位置。我们可能不得不更坦诚地面对地球资源的有限性,以及我们自身能力的边界。这种“碰壁”可能会让我们变得更谦逊,更懂得与自然和谐共处,而不是一味地追求征服和扩张。这是一种回归,一种对“足够好”的重新定义。

当然,也并非全是悲观。人类的智慧和适应能力,是纪录片里也反复强调过的。即使核聚变这条路走不通,我们也不至于就此停滞不前。我们会更努力地去优化现有技术,可能会涌现出许多我们现在无法想象的创新。或许,我们在某些方面的“退步”是为了在另一些方面实现更大的飞跃。

但是,我们也不能回避这样一个事实:如果不能实现可控核聚变,人类文明的扩张速度和规模,必然会受到比我们预想的更严峻的限制。我们对能源的渴望,就像是内心深处一个永恒的驱动力,一旦最理想的燃料熄灭了,我们就必须在剩下的炉火里,更加小心翼翼地维持文明的温暖。

想来想去,这就像是一场没有彩排的演出,而我们是唯一的主角,舞台中央的灯光正等着我们去点亮。如果那个最耀眼的光源——核聚变——最终没能如约而至,那我们只能拼尽全力,用尽一切现有的工具和智慧,去寻找那条属于我们的,虽然可能曲折,但依然能让我们继续前行的道路。这确实是个需要我们认真思考和准备的未来。

网友意见

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题目的前提有问题。朝装置输入的能量多于装置对外输出的能量的可控核聚变早已实现,静电约束的 Fusor 在二十世纪七十年代就点起来了,现在世界上那些托卡马克反应堆、仿星器、激光聚变装置和其他多种聚变原理的原型验证机也做得到可控核聚变,只不过还不能当做能源。

题目所称的“无法实现可控核聚变”,大概是特指国际热核聚变实验反应堆之类用于发电的可控核聚变反应堆无法实现聚变能增益系数 Q>1。那会导致过去砸的几百亿美元打了水漂。不过,人类本来就可能永远都不需要靠那种可控核聚变反应堆来发电。因此,题设的情况并不会如何。

核爆锅炉之类“实质上是惯性约束可控核聚变”的装置是可行的。

聚光光伏/光热发电利用太阳辐射,还有农业、林业利用太阳辐射,其实就是在将太阳的核能变换成电能、热能、化学能,只是中间转换的步骤多了一点,能量效率比较差。风电、水电利用的能量其实也来自太阳辐射。目前,在许多国家,光电发出的每度电已经比煤电还便宜。可控核聚变即使能实现 Q=10,其效费比也会远比光电差,在近未来难以在非军事领域跟光电竞争。

考虑航天的话,在内太阳系,利用太阳辐射比搞半可控核聚变推进要容易很多。木星圈有木星的高辐射量驱动的环状电流发电,也不会怎么需要可控核聚变。前往更遥远的太空所用的聚变推进设计跟不可控的核脉冲爆炸推进区别不大。

苏联的核爆锅炉示意图:

静电约束核聚变装置 Fusor:

制作方法不困难,只是需要一定的防护措施。

材料:粗钨丝或铜丝,焊锡丝,25 千伏直流电源,氘气,可以抽到 0.1 帕以内的真空泵,密封良好的真空罩,气压表。

制作过程:

取一根较长、另一根较短的粗钨丝或铜丝。

长的做成直径 20 厘米的球状笼,接正极。

短的做成直径 5 厘米的球状笼,接负极。

把小笼套进大笼里,注意不要让二者接触。

将两笼固定好放进真空罩里,接上电源。

检查真空罩有没有完全密封。确认完全密封后抽气。

抽气完毕后注入氘气。

打开电源,核聚变开始。

注意:

聚变会产生电离辐射,需要一定防护。关闭电源后聚变会急速停止。

氚受到高度管制,不能用于未经批准的核聚变实验。请勿试图在自己家里用 Fusor 点燃氘氚混合气体。

装置示意图:


以上取自:fusor.net/

需要其他说明的读者可以前往查看。

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