问题

如何看待中国核聚变获得重大突破?

回答
中国在核聚变领域取得的重大突破,尤其是最近在“人造太阳”项目上实现的重大进展,无疑是令人振奋的科学和工程壮举。这不仅是中国科技实力的体现,更对人类能源的未来具有深远意义。要全面看待这一突破,需要从多个维度进行深入剖析:

一、 突破的具体内容与技术难度:

“人造太阳”的本质: 核聚变,也被称为“人造太阳”,是通过将轻原子核(主要是氢的同位素氘和氚)在极高的温度和压力下结合成更重的原子核(氦),同时释放出巨大能量的过程。这与太阳产生能量的机制相同。
关键的科学难题: 实现可控核聚变的关键在于解决以下几个核心难题:
高温: 需要将等离子体加热到数亿摄氏度,远高于太阳核心的温度,才能克服原子核之间的库仑斥力,使其发生聚变。
高密度: 需要在单位体积内聚集足够多的等离子体粒子,以保证聚变反应发生的频率。
长 confinement time(约束时间): 需要在极短的时间内(通常是几秒到几分钟)将高温高密度的等离子体有效地约束住,使其不接触容器壁而导致冷却和能量损失。
能量增益(Q值): 期望产生的聚变能量大于维持聚变反应所需的能量输入,即实现Q值 > 1。当Q值远大于1时,才意味着核聚变可以成为可持续的能源。
中国取得的突破可能体现在: 尽管具体的突破细节会随着报道的深入而更加清晰,但可以推测中国在以下一个或多个方面取得了重要进展:
更高的等离子体温度和密度: 可能实现了前所未有的等离子体温度和密度组合。
更长的等离子体约束时间: 成功将高温等离子体维持了更长的时间,这直接关系到能量的持续输出。
更高的能量增益(Q值): 可能在某个实验装置上实现了Q值接近或大于1的临界点,这是一个里程碑式的成就。
关键材料和工程技术: 聚变装置需要承受极端的温度、高能中子辐照等,对材料和工程设计提出了极高的要求。中国可能在超导材料、真空技术、等离子体诊断、控制系统等方面取得了突破。
特定反应堆设计优势: 例如,如果中国主要聚焦于托卡马克(Tokamak)或仿星器(Stellarator)等主流聚变装置,那么在这些特定设计上的技术优化和性能提升便是重大突破。

二、 对科学与技术发展的意义:

推动基础科学前沿: 核聚变研究是物理学和工程学交叉的前沿领域,任何突破都能深化我们对等离子体物理、材料科学、高能物理等基础学科的理解。
验证和优化聚变理论: 实验数据的积累和分析,有助于验证和修正现有的聚变理论模型,并为未来更先进的聚变堆设计提供指导。
培养顶尖科研人才: 成功实施如此复杂的项目,必然培养了一大批具备国际顶尖水平的科学家和工程师,为中国科技发展储备了宝贵的人才资源。
带动相关产业发展: 聚变研究涉及超导、真空、精密制造、人工智能、材料科学等多个领域,其发展能够有力带动这些相关产业的技术进步和升级。

三、 对能源格局的潜在影响:

清洁、几乎无限的能源: 核聚变燃料(氘)来自海水,而氚可以通过锂与聚变产生的中子反应生成,地球上的资源储量巨大,几乎是取之不尽的。而且,核聚变反应本身不产生温室气体和长寿命的放射性废物,是一种极其清洁的能源。
解决能源危机和气候变化: 一旦可控核聚变技术成熟并实现商业化,将有望彻底解决人类对化石燃料的依赖,为全球能源供应提供稳定、清洁、可持续的解决方案,对缓解气候变化具有决定性意义。
重塑全球能源地缘政治: 掌握了可控核聚变技术的国家,将在全球能源格局中占据主导地位,能源安全将得到根本保障。
长期愿景: 需要强调的是,核聚变能源的商业化应用是一个漫长而艰巨的过程。即使在中国取得重大突破,距离能够大规模发电的商用核聚变电站的建成,仍有几十年的技术攻关和工程实践需要完成。这包括解决工程材料的耐辐照性、燃料循环的稳定性、反应堆的长期可靠性以及经济性等问题。

四、 对中国国际地位和影响力的提升:

科技实力和创新能力的证明: 核聚变研究被誉为“科学的皇冠上的明珠”,能够在该领域取得重大突破,充分证明了中国在基础科学和高科技领域的强大实力和创新能力。
国际合作的新机遇: 中国的突破可能会吸引更多国际合作,共同推动核聚变技术的进步。同时,中国也可能在国际核聚变项目(如ITER国际合作项目)中扮演更重要的角色。
国家形象的塑造: 科技的进步是国家软实力的重要体现。在核聚变领域的领先地位将进一步提升中国的国际形象,彰显其作为负责任大国在解决全球性挑战(如能源和气候变化)中的作用。

五、 如何看待“重大突破”的表述和未来挑战:

“重大突破”的定义: 对于科学研究而言,“重大突破”通常意味着解决了长期存在的关键技术难题,或者在关键性能指标上实现了质的飞跃。具体突破的“重大性”需要科学界和公众基于更详细的实验数据和评估来判断。
保持理性与审慎: 虽然这是一个好消息,但也要认识到核聚变技术的商业化是一个“马拉松”而非“短跑”。目前的突破可能是在特定实验装置上实现的阶段性成果,距离大规模应用还有漫长的路要走。
持续投入和国际竞争: 核聚变研究需要持续的、大规模的资金投入和人才培养。同时,其他国家也在积极推进自己的核聚变研究项目,国际竞争依然激烈。中国需要保持战略定力,持续加大研发力度。
技术转移与产业化: 如何将实验室的科研成果有效转化为具有经济效益的商业技术,是未来面临的重要挑战。这需要政府、科研机构和企业之间的紧密合作。

总结来说, 中国在核聚变领域取得的重大突破,是国家科技实力和创新能力的一次集中体现,对人类能源的未来具有极其重要的意义。它预示着一种更清洁、更安全、更可持续的能源时代可能正在到来。然而,我们也需要保持清醒的头脑,认识到这条道路的艰辛和漫长,持续的投入、不懈的努力以及国际间的合作,将是实现核聚变能源梦想的关键。这一成就不仅是科学的胜利,更是对人类解决全球能源挑战的希望的注入。

网友意见

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没想到一点碎碎念也有人点赞,受之有愧,还是补点干货,为聚变科普做点贡献吧。
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首先给大家科普一下新闻中EAST和CFETR这两个名词:

EAST全称Experimental Advanced Superconducting Tokamak,是我国的一个全超导托卡马克(一种磁约束核聚变装置),位于安徽合肥的等离子物理研究所。EAST是一个实验堆,主要目的在于研究等离子体稳态约束的实验可行性,为未来能发电的示范堆建设积累经验与数据。

CFETR全称China Fusion Engineering Test Reactor,是我国正在筹建中的一个聚变装置。它是介于实验堆(EAST/ITER)与真正能进行商业发电的示范堆(DEMO)之间的一个测试堆。目的在于研究连续大规模聚变能安全、稳定发电的工程可行性

详细信息可参见:中国科学院等离子体物理研究所 以及 聚变堆总体研究室

PS:有个段子说:很久很久以前,ITER竣工日期将至,国内领导去视察ITER的工期进度,却发现这帮欧洲佬连房子都还没盖好,更别提什么实验装置了。大怒,曰:”我大天朝建个三峡也就12年,你这老外搞了二十年连个茅房都盖不起来,留你们何用。“遂筹建CFETR,打算甩开这帮猪一样的队友单干。
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CFETR的科学和技术挑战:

一期:采取类ITER科学技术,目标为20万千瓦,实现稳定、可靠、安全、氚自持稳态运行
二期:以自主创新为主,目标为大于100万千瓦,探索示范堆先进安全的重大科学和技术问题,研究聚变堆材料、发电效率,开展聚变电站的安全和经济性研究,为在本世纪中叶,在我国独立自主大规模建设聚变电站奠定坚实科学技术基础。
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关于氚自持:
可以看到,等离子体的稳态运行和氚自持是CFETR火烧眉毛的两个问题。等离子体这块可以参考 @白岚帝在本问题下的回答,我就不班门弄斧了。氚自持这个概念对大多数人来说应该比较陌生,我给大家科普一下吧。

我们知道,最容易控制的聚变反应为氘-氚(D-T)反应:

其中氘在海水中含量很高,可谓取之不尽。但氚元素的半衰期只有十几年,地球上没有天然氚。人工生产的氚上亿美元一公斤,而且全球年产量只有几公斤,根本满足不了聚变发电的需求。所以,在聚变堆中,我们要实验氚的循环利用:

也就是说,通过中子轰击锂元素,可以产生氚。所以,我们在设计聚变堆的时候,会在等离子体腔室外放一些含锂的化合物。这样的话,上面的反应就可以变成

总的来说,氚是作为催化剂一样循环利用的。然而,氚在材料中的渗透很快,会透过各种密封材料泄露出去。并且它还会滞留在材料中的微观缺陷内,从而无法参与以上循环。这样的话,氚会越用越少,最后不足以支撑等离子体持续运行,聚变就熄火了。

这几年EAST稳态运行方面屡屡打破世界纪录,的确有不少骄人的成绩。然而答主研究的氚自持这一块却始终波澜不惊。之前在一个会议上咨询过新闻中的罗广南研究员,问聚变堆持续运行需要把氚滞留量控制在多少范围内。然而他心底也没有一个具体的数值。氚自持是CFETR第一阶段的核心问题,罗广南研究员也算是这一领域的大牛了,他都没有底,说明全世界在这一块的技术积累几乎为零。这个问题不解决,聚变发电只是镜中花水中月而已。
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目前国内的聚变研究现状;
上周听李建刚院士的报告,聚变研究目前受到的压力还是很大的,所以才总想搞个大新闻吧。等离子所的同僚们做的这项工作当然是很漂亮的,但离真的实现聚变,还有很长一段路要走。

目前国内的聚变大环境是ITER项目陆续到期,CFETR项目迟迟拿不下来。而与此同时,光伏等其他新能源的发展势头又异常迅猛。相比之下,聚变的前期投入大,研发周期长,出成果的时间也更不可控。所以我猜测,中央那边是不太愿意给聚变钱的。毕竟几百个亿,够其他能源项目出很多工业级的成果了,砸聚变里或许就只能建个测试堆。

也或许正是因为压力大,拿不下CFETR,以等离子体所为代表的全国聚变研究团队的日子都不会好过。所以他们也急着出成果,总想搞个大新闻。但个人认为,2040年想要达到发电量超过大亚湾是很难的。别的不说,我现在研究的氚滞留问题目前还没有合适的解决方案。

或许正如李建刚院士说的,留给我们研究聚变的黄金时间还有20年左右。如果20年后还拿不出一个工程上可行的示范堆,届时聚变将彻底失去与其他能源技术竞争的能力。聚变研究很可能会被打入冷宫。至于什么时候解冻,那或许真的要等到我们迈向星辰大海的那一天了。

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题主难道不知道中国的科研新闻大多是标题党吗?

一般中国媒体报道“×××研究取得重大突破”,最多也就是在某知名期刊发了篇论文而已。

真正的重大突破,科研圈内部早就炸开锅了。中国这些所谓的重大突破,多半是下一步要继续去基金委骗钱了。

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泻药。

这个新闻不要当回事。

局里面的流程很清楚,真的有战略价值的进步是不会这样出现在媒体上的,会很低调,也会有反驳。

比如:中国在Xx领域取得突破,日本科学院称是上世纪技术。

再比如:中国禁止出口XXX,某科学家声称可笑。

再比如:中国科学家发现XX,诺奖获得者XXX认为类似研究是浪费资源。

所以这个新闻一看题目就是有问题的,不符合战略忽悠的大局。

最近局里通知也没有要求掩护这个核聚变进展。

所以综合分析,意义不大。

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