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李建刚人造太阳李建刚内部发言:中国正在做“人造太阳”

2017-11-12

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文章简介：中国比世界上任何一个国家都需要能源,特别是新能源.所以,中国要做一个"人造太阳",简单说就是超级能量体--这个一定要了解了解-- 大佬开讲啦

中国比世界上任何一个国家都需要能源,特别是新能源。所以,中国要做一个“人造太阳”,简单说就是超级能量体——这个一定要了解了解……

大佬开讲啦……

中国正在做

“人造太阳”

大家好!刚刚放了一个短片,说什么是人造太阳能,尤其是拗口的托卡马克,大家有多少人是听的懂的?听不懂的举手我看看,绝大多数都听不懂。实际上大家都知道太阳,但什么是人造太阳?我今天给大家来好好讲一下。

人造太阳:受控的核聚变装置

你们肯定看过《钢铁侠》,《钢铁侠》里面就有一个东西,叫做托卡马克人造太阳,像一个磁线圈一样,如果你把气体加热到上亿度以后,他就会发生聚变,可以像太阳一样能够发出巨大的能量。这是科幻小说里的一张图,如果把它放在现实版的话,那就可以看到在中国有两个人造太阳,一个在合肥另外一个在成都,分别叫合肥超环和中国的环流器1号。

太阳为我们人类产生了很多的光和热,万物生产靠太阳,我们实现聚变一个不可控就是氢弹,氢弹不能轻易地爆炸,必须要用原子弹去把它点一下,要点到上亿度以后才有可能发生爆炸。怎么能够实现人造太阳?上亿度的温度,要把它装到任何容器上面,顷刻之间烟销云灭。

科学家就想了一个办法,把一团火球上亿度的等离子体如果用磁的方法把它悬浮起来,这样跟周边任何容器材料都不接触,这个时候就可以把它加热、控制,进而实现人造太阳。长的模样就像吃的甜圈圈。现实中我们就用这些非常复杂的仪器,把上亿度的东西放在中间,这样就可以持续地加热。

讲讲很容易但是非常难,你可以看出来我们首先需要巨大的磁场,这个磁场要比我们地球的南北极的磁场高两万倍以上,就是磁场越强就越容易收得住。我们之所以人类没有遭到来自太阳风这种粒子的损害,主要就是靠磁场把这种带电粒子无形之间被屏蔽起来,我们现在要比地球再产生上万倍的磁场让这团气体悬浮起来。

它用的燃料是什么呢?是海水里面氢的同位素叫氘和氚。海水里面的氘和氚可以为我们人类一千个电站使用上百亿年,也就是说资源是无限的。

一杯水里的氘和氚,如果用爱因斯坦的公式计算的话也就是E=mc2,相当于300公斤汽油,我开车从合肥过来再回去,还用不完这汽油。它的好处在哪里呢?首先它没有高放的废料,大家知道我们现在用的裂变电站都是化石燃料,尤其是235、238,一旦发生事故以后,有长达上百万年的放射性的废料。

聚变可大规模生产清洁的可再生资源

聚变的产物是什么?聚变就是一个能源中子和氦气,氦气是非常清洁的。当年****到我们当地参观时就问,为什么说聚变是固有的安全性?那个时候是刚刚发生了福岛核事故一个月,我说我们非常小的概率事件就是地震加上海啸碰在一起,可能很多万年才出现一次,但是未来最有可能发生的不是这个,就是恐怖分子,有可能恐怖分子开个飞机,或者什么东西就把你炸了。

聚变电站我不怕,你炸好了,炸了以后我可以在两分钟内走到现场,因为它的产物就是氦气,只要一停机就没有了。

我总结一下,它作为资源来讲,是无限的同时它又是清洁的,所以长期以来被人类或科学家认为是未来人类终级能源之一,可以大规模生产。未来可能有20%的可再生资源,但最大规模的一块80%一定靠聚变来维持。

磁笼子

大家可以看到一年一个一百万千瓦的电站,大约上海只需要两个这样的电站,我们需要多少东西呢?一年一个电站只需要一百公斤的重水和锂,如果你要换成煤电站的话一个电站一百万千瓦需要50万吨,要是核电站的话30吨。

100公斤跟50万吨那是什么区别?这就是我们聚变电站的原理。你首先要有这个磁笼子把它形成一个等离子体,用非常高的温度的东西把它加热到上亿度,加热到上亿度以后就产生氦和中子,这个中子就跑到包层材料里面把这个加热,加热以后通过水把它转换成蒸汽,通过蒸汽把电发出去,这就是一个简单的聚变的发电原理。但是讲讲容易实际上做起来还是非常之困难。

我们人类在这个方向一共做了50年,实际上我们进展还是挺大、大家可以看到有两个比较好的大家都熟悉的,刚刚陈老师讲的计算机。计算机1.8年它的CPU的速度翻一倍,我们基本上做到了什么?我们也是跟它一样比它快两个月,差不多16-17个月左右的时间,综合参数也能够翻一倍。

只是聚变最大的一个问题就是离实现还很遥远,没有像计算机这样家喻户晓。但是也应该说,聚变在过去的50年中,发展得也是非常非常之快。几个代表的成就是在一些发达国家,像美国、欧洲和日本,他们在一些大装置上面都同时实现了可控的核聚变。

什么叫可控的?就是跟人没有关系。科学就是可重复,就是我做也行,都是同样的结果,跟你是什么仪器也没有关系。只要是一样的仪器,美国的人造太阳、欧洲的人造太阳,还有日本的,结果都是一样的可重复,这就是我们做的科学。

我们做到的话,比如说输出的能量比上输入的能量等于1.25,就是说我们已经有了净的输入。这个是什么意思呢?就是说从科学上已经验证了可行的,但是工程上可不可行不知道,为什么呢?所有这些结果都是在两三秒钟实现的。

为什么呢?就是因为我们产生的这个磁笼子是用常规的铜线圈做的,它消耗了大量的能量。未来要发电,不可能就两三秒钟,必须是长时间的,怎么样不消耗能量呢?如果我把它温度降下来电阻等于0,一旦电阻等于0的话,这个消耗的能量顷刻之间就降到0,那么我们就非常容易地拿到了聚变能量。

造一个人造太阳?难于上青天

但是说说还是比较容易的,做起来还是比较难的。中国很多年我们就开始做聚变,我刚才说了,这个托卡马克不是中国人的发明,最早是苏联人的发明。苏联人在90年代初期在89年的时候,他们想做一套超卡托卡马克,把他的马克装置机器有意地送给中国,我们当时的所长说这是一个很好的机会,因为毕竟我们当时啥都不会,就用400万人民币的羽绒服、瓷器,好的中国家具,跟他换来了1800万卢布的这么一个装置。

当时这个装置还是比较好的,因为在那个时候,一个卢布相当于3.

6美元,我们花了一年半的时间把它全部拆掉,又花了两年的时间把它装起来,在这上面做了大量的实验,成绩很不错,其他国家聚变反应时间只能维持2、3秒钟的时候,我们的装置能多维持60秒钟。60秒钟一千万的时候就获得了全国的十大新闻。但是这个还不行,还不能够做到所有的线圈的电阻都等于0,这个时候我们就要做超导。

什么叫超导呢?就是你要把上亿度的磁笼子这一团火球悬浮在-269度的这么一个圈子里面,你可以想想看,等于说我们有个极端,一个温度的108以上一亿度以上,这个温度虽然没有刚才陈老师的那个冷,但是它也是非常冷的4K,也就是零下269℃,这个还是非常难。

第二个它一旦发生聚变的时候,大家都看过氢弹爆炸,只要它发生爆炸的时候,就有强烈的冲击波,它跟周边(就是你悬浮起来也不行),它跟材料也是相互作用,你的控制要非常之精确,精确到零点几个毫米和零点几个毫秒以下,否则只要一偏心,碰什么烧什么,所以你看这件事真是难,难于上青天。

为什么?因为美国人在60年代已经上了天登了月,但是美国人到现在也没有做出这么一个真正能够发电的人造太阳,就是因为特别难。

东方超环

中国需要能源

从对能源的需求来讲,中国比任何一个国家都需求能源。尽管我们很穷,我们的几任国家**都觉得这件事中国人一定要做,所以在90年代初我们就提出这个想法,在全世界率先做一个全超导的托卡马克叫东方超环,能够长时间的,什么叫长时间?不是几秒钟、一百秒、一千秒、一万秒钟,甚至一天、两天、几个月,能够做到多少呢?能够做到上亿度,比太阳心部的温度还要高五六倍,这是我们当年提的,这就是在九五的大工程,在国内的一百多个提议中间终于胜出。

然后我们开始做这么一个装置,做这个装置第一要解决的你怎么样去解决上亿度和零下269度。**到我们所去的时候也问了这么一个问题,(解决)上亿度和零下269度很多技术要用在一起,首先真正的上亿度要用磁场把它悬浮起来,最高温度的东西要把它悬浮起来,就是这个超导,全部是线圈。

悬浮在中间以后,等离子这一块有个火球,蜘蛛侠这个球它要到处跑,温度越高要到处跑,你可以看到太阳,今天的太阳黑子来了,明天那个又来了,它只要跑的过程中间,一定要办法控制住,控制它一定要待在中间,不能够上下跑,悬浮在中间不跑的话,才不会把材料烧坏掉,这个线圈就是这些线圈。

除此之外,大家都知道能量的损失靠传导,对流和辐射,我们用的最小的辐射损失就是把它全部是真空,在这里我用五层真空,就是最大的保温炉,每一层把它抽成真空,降低热损失,实现了一亿度和零下269度这么一种结合,应该说做这件事也是不容易的,全世界没有人做过,所有的东西都是我们自己做,当时国内的经济不像现在这么好,当时万元熙院士带领我们整个团队做了整整十年,突破了很多难点,终于在2006年得到了等离子体,这个量的话大概几百万度,只有几秒钟时间。

但是我刚才说了,我们实现的目标,不能够几百万度几秒钟,我们想做得更长,难度在哪里?材料。所有这种材料的话,聚变这件事情几乎所有的技术都要用到,地球上的当今世界的技术的极致,比如说,我们采取的材料就是最硬的一种合金,钨合金,在这个空间里,我们要加上上亿的温度让它悬起来,同时还要防止冲击波的强辐射,要赶快把它拿走,这里面用的大抽速是零下 269的低温棒,应该说很多的技术,我不在这儿一一说,现在我们这个装置长成这个样子,多大呢?整个舞台这么大,看上去颜值还是挺高的,就是说,别想着我们做科学家都是一傻大粗的,我们这些钢铁的东西堆在一起也是可以很美丽。

有了这些东西以后,全世界就觉得我们应该去做一个更大的演示他的工程可行性。

ITER国际合作促进我国在聚变及其过程和技术的发展

大约在1985年冷战时期,里根和戈尔巴乔夫谈了一个象征着人类美好的一件事,就是我们在地球上建一个人造太阳,这个人造太阳50万千瓦,就跟现在的发电站差不多,经过谈判一共有七方参加,欧盟出资45%,中国、日本、美国、韩国、印度各占9%,总耗资100亿欧元,要在法国Cadarache(卡达拉舍),就是离前两天发生恐怖袭击不到150公里的地方,建这么一个世界上第一个真正意义上的人造太阳,叫国际热核聚变实验堆ITER,也要运行20年能够在大规模的几十万千瓦的基础上运行很长的时间,这个就是要验证聚变的工程可行性。

刚才的东方超环只是验证实验的可行性,到底规模有没有这么大,这里面牵扯到特别多的技术,这是中国参加的最大的一个国际合作项目,我刚才说了价钱是100亿欧元,中国9%也就是9亿欧元,也是很大的一个数字,它里面首先要形成这个磁笼,一共有18段,像一个橘子瓣的东西,这是个什么概念?举个例子,波音747重量370吨,这一个线圈它大约也是在360吨左右,价钱真是不多,波音747大概是2.

8亿欧元,我们国家在参加这个ITER之前我们只能生产短样,绕这么一个线圈,里面要将近十万米导线,150吨。

我们国家在参加这个国际合作之前,40年的时间只产生了36公斤短样,全部的家当加在一起才这么一点,我们通过ITER现在可以做到特别是国内的企业发展得非常好,已经形成了全世界技术最先进、规模最大、产量最大的,这是在西安,叫做西北有色金属研究院下属的一个公司叫西部超导公司,它现在可以一年就生产150吨,然后除此之外,它把这个国内的核磁共振的GE的所有的这些线,几乎超过一半的都是它在供应,还有通过材料的合金,把飞机的起落架尤其是我们国家航母的歼15的超落架,大家都知道,落在地的一刹那的冲击力非常之大,所以对材料的要求非常之高,那么用ITER上材料终于解决了航母的起落架的问题,这是一个例子。

第二个例子,刚才说的上亿度的东西,第一层屏蔽我们把它叫做核导,长成这个样子,像多脚的怪兽一样,它是多少?如果说在一百年前埃菲尔铁塔7300吨,那这个是8000吨,这个材料比这种材料要难得多,因为它首先要降到零下269度,就是极低温,同时它要耐强辐射,这是一种特殊的不锈钢,我们国家在参加ITER之前从来没有产过,通过参加ITER之后,通过跟国际合作,山西太钢通过几年的工作,现在可以年产15000吨,得到了很大的发展,可以看得出来,国际合作不光是聚变,尽管聚变能离我们很遥远,但是中间产生的过程和技术都能够非常好的应用在国民经济上。

未来中国的聚变60年内实现商用

经过这么二三十年后,中国做聚变是一个晚到者,我们大概做了 30年,过去在科技部的领导下,我们也做出了一个未来中国的聚变到底怎么做?我相信你们在座的几乎每一个人都要问我,跟三任**问我的同样一个问题,咱们的聚变到什么时候才能实现?我们现在正在做这种实现的装置,正在参加ITER,希望十年以后建造中国自己的工程堆来演示发电,有个这个东西以后,在 50年到60年之间能够商用化,整个发展的路线,就像这张图上面所显示的,基本上就是这么一个时间尺度。

这是我们设计的中国工程聚变堆,这个堆里面有一个大,整个堆跟这个大厅差不多吧,体积也就是这么大,这个设计的寓意象征展翅腾飞的大鹏,象征着人类追求聚变的梦想,象征着我们中华民族腾飞的梦想。

经过二三十年的努力,这是一次真正的人造太阳,会冉冉升起。对中国来讲,我觉得大家都知道,我们对聚变的需求比任何一个国家都急迫,特别是像中国这样的高速发展的发展中国家,因为我们的环境,我们的资源,我本人做30年以上了,从我82年到了这个岛上,我在合肥的一座岛上,叫董铺岛,是一个非常非常偏僻的岛上,一做34年,但是有一件事情我还是非常有幸,做为一个中国的科学家,我有幸的都见过这些领导,每一任领导都到过我们现场,给了我们很高的鼓励,包括俄罗斯的总理,我觉得他们都说的同样一句话,就是说中国需要能源,中国一定要在人类实现这种聚变路上起到不可取代的作用。

最后一张片子,这是从卫星上拍得一张地球的片子,大家可以看到美国、欧洲、日本都很亮,为什么?因为他们已经是发达国家,已经被过去的文明所照耀。那么还有很多地方是黑的,50年前人类就有个梦想通过实现人造太阳。

上大学的时候,我就有这个梦想,希望在我的有生之年,能够做这么一个人造太阳,而且那些没有被文明所照亮的地方,最终一定要被聚变能所点亮。这第一个电站的话,作为一个中国人,我是希望它最好而且必须要建在中国,这就是我要给大家说的一些体会,谢谢大家!