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钢铁侠胸口的超级装置正在变成现实

2019-05-31 17:10:00

一个清洁、高效、无害、近乎永久的能源。

这像极了《钢铁侠》里的“核聚变方舟反应堆”，虽然这听上去很离谱，但至少在实验室里，我们已经知道它是可行的。

核聚变反应堆正在变成现实，它的成功将改变世界，成为人类历史上最接近完美的人造能源；或者它最终会以失败告终，浪费无数金钱和时间，变成另一台“永动机”。

在地球制造小太阳

太阳能是地球有适宜温度的基础，是植物生长的源泉，是化石燃料的本源，人类也是太阳的子民。

太阳发光发热的本质就是核聚变，它的原理非常简单，当两个原子被仅仅挤压，并最终融合成一个更大的原子时，就会释放出巨大的能量。

模仿太阳的核聚变发电站，其发电效率远超过人类今天所依赖的石油和天然气等化石燃料，没有碳排放，比风能和太阳能更稳定，而且原料非常充沛，可以直接从水中获取。

而与现在的核裂变发电站相比，核聚变发电站几乎没有恼人的放射性废料，也不会出现燃料棒熔断的灾难。

遭遇地震和海啸后，福岛3个反应堆发生了堆芯熔毁事故

由于太阳有着巨大的体积，它庞大引力自然地把氢原子和氦原子挤压到一起，但怎么在地球上重现这种环境就成了问题。

从1930年以来，相关的研究就开始了，1985年，在日内瓦会议上，戈尔巴乔夫和里根总统提出了联合开展核聚变实验的计划，来缓解冷战的争端。

之后国际热核聚变实验反应堆计划（ITER）开始实施，共有35个国家参与，它的实验装置预算超过了200亿美元，中国也承担了其中9%的资金支出。

想要实现核聚变，就要还原出太阳内部的环境。

ITER使用一种叫做“托卡马克”（tokamak）的环形装置，它的整体造型有点像古罗马斗兽场，大小如同一个露天体育场，整个装置的复杂程度超过了人类创造的任何一个建筑。

2017年

托卡马克装置外围是混凝土结构，中间包裹着巨大的超导电磁铁和高约百米的不锈钢真空管。

当设备运转时，在真空管内会产生出燃烧等离子体，在这里，等离子体被加热到极高的温度，装置内部材料本身就需要能承受超过1亿摄氏度的高温，最后由热量产生蒸汽，为涡轮机提供动力发电。

由于工程设计、管理、和政治因素，这个装置的进展一直缓慢，但最主要的原因可能还是在于它的难度。

装置本身的规模不亚于船舶，但对精度的要求则达到了瑞士手表的等级。而按照目前的进度，装置最早也要等到2035年完成。

官方背后，“最不靠谱”的创业公司

核聚变的概念获得了硅谷的追捧。

亚马逊CEO贝索斯投资了General Fusion，微软联合创始人保罗艾伦投资了三阿尔法能源；硅谷著名投资人，PayPal联合创始人Peter Thiel投资了Helion Energy。

自1970年以来，政府投资核聚变的研究经费就不断缩减，导致科学家放弃了很多理论和模型的测试，直接把资金集中到他们认为最有希望的原型上：托卡马克。

创业公司借助新的资本，开始选择新的路径，启封当年被政府中断的理念和设想，其中磁约束核反应堆（ARC）成了新的方向。

“ARC”与其它的托卡马克式系统稍有不同，它采用了一种由稀土钡铜氧材料制成的超导体，将这种材料制成线圈后，可以产生强大的磁场，能更好地控制反应堆，并让反应堆的体积更小、造价更低，有的设备小到可以放进普通人的客厅。

还有公司尝试将硼元素将入氢燃料中，来降低反应堆的活跃度，让实验变得更加持久可控。

General Fusion则在尝试另一种方法，在装置里加入活塞装置，通过活塞高度压缩产生震荡波，来促成氢原子的融合。

ITER的成立时间太早，构造蓝图早已定型，同时让35个国家一起协作也拖慢了整体进程。

创业公司的优势就是没有那么复杂的层级关系，效率要比政府机构高出不少，而且它没有历史负担，可以运用最新的技术手段，小步快跑，不断根据实验结果进行调整。

比如三阿尔法公司在 2007 年时还在进行混凝土的浇注，一年后，整个装置就已经开始测试了，这让那些习惯了给政府工作的科学家感到不可思议。

短短十年后，三阿尔法就把一个氢气球体加热到了 1000 摄氏度，并保持了5毫秒，而同类政府项目花了大约20年。

但也有不少专家认为，这些创业公司不太可能在这些替代性方案上获得成功。

物理学家 Edward C. Morse 认为政府之所以放弃托卡马克之外的选择，是因为它们做了充分的评估，其它装置就算实验成功，在能效比上也不具备商业价值，目前创业公司的点子都是30年前就存在的，“在核聚变领域，每隔二十年就会有旧点子再冒出来，就跟打地鼠的游戏一样。”

能效比是关键，专家希望聚变反应堆产生的能量超过其耗能的10倍以上，提供“原子弹”般的能量比。但目前的情况是，所有的核聚变实验反应堆都是无底洞，光是加热加压装置本身就消耗了很多电能，却只能把核聚变反应维持几毫秒。

之后还有成本问题，哪怕由小型核聚变反应堆改造的商用发电机，最低预估成本也需要大约30亿美元，没有人会傻到因为它更环保，而放弃使用“白菜价”的石油、煤炭和天然气。

但无论成与不成，人类都在摆脱束缚，试图用科技改变一切，打破自然规律成为自己的神。没有人知道这种未来会更好还是更坏，但技术不会停止它的脚步。