9月5日《捉妖系统——量化数据观察》刀哥聊投资—核聚变电站离我们大概十年（周二）

能源始终是人类发展生存的关键，无论是传统能源还是清洁能源，其实都是解决人类可持续、安全、低成本的问题，工业革命以来寻求能源的突破也一直没有停止过。
就目前人类的认知而言，核聚变是真正的终极能源，能量密度非常大，比煤石油天然气都大，人类整体的发电功率大概是10的12次方瓦，根据爱因斯坦质能方程换算到质量的话，等于每秒消耗0.01克物质，对应氘氚聚变反应原材料就是整个人类每秒需要消耗2.7克，一天是230公斤，一年是84吨。

也就是说，要维持全人类一年的发电量，仅仅需要一辆百吨大卡车就能装载全部的核聚变原料。如果我们仅仅考虑地球，氘在地球上主要以重水的形式存在于海洋中，它的含量约占氢的0.0156%，大约有7乘以10的17次方吨。氘氚聚变经常被拿来举例只是它实现起来比较容易，笼统的说，核聚变是一种可以把百分之零点几的质量转变为能量的技术。

一旦核聚变发动机出现之后，在太阳系内的航行就不成问题了，核聚变还是真正的清洁能源。传统的核电站用的是核裂变反应，这种链式一旦失控就容易停不下来，就会导致堆芯融化甚至锅炉爆炸，释放出大量放射性污染物质。核电站这种理论上的清洁能源若使用不当，就会摇身一变成为环境大杀器。

而核聚变完全不同，假设有人要突袭核聚变电站造成爆炸，他们会发现没有任何办法可以让核聚变电站爆炸，工程上无法实现。也就是核聚变的安全性不是来自于人的管理，而是来自物理规律。

所以核聚变集极高能量密度，无限能量规模和极致安全性为一身，是真正的终极能源。可以想象，一旦核聚变能源发展成熟，人类社会的形态会跟现在完全不一样。

问题就在于实现可控的核聚变实在太难。以最容易实现的氘氚聚变为例，它在常压下的反应温度大约是1.5亿摄氏度，太阳核心温度的十倍。即便我们有能力把它加热到这个温度，但是已知世界上熔点最高的物质是五碳化四钽铪（TaHfC），它的熔点是4215℃，还不到反应温度的零头。这就涉及到一个本质的问题了。我们用什么去装反应原料呢？

在过去80年当中，科学家尝试了很多种去装它的方法，其中最靠谱的一种，就是所谓的托卡马克装置。当把核聚变原料加热到上亿度这个级别的时候，它会进入到一种叫做等离子体的状态，它的电子会被剥离出原子，只剩下离子裸核，最终形成带正电的离子和带负电的电子混合在一起的状态，就是等离子体。既然反应原料带电，我们自然就可以用磁场去把它控制在一定的范围内，托卡马克装置的目标就是为了制造一个这样的磁场。

问题是建一个托卡马克装置投入太大，项目周期太长。目前国内就有了星环聚能的计划，他们打算在一个直径6米，高10米的托卡马克上，实现可控核聚变的点火。而一旦这种微型的核聚变装置成功，它就不仅仅能用来发电了，为大型舰船，比如航空母舰、LNG液化天然气船、巴拿马级集装箱船，提供动力，自然也不在话下。

后续星环聚能计划在2025年完成下一代托卡马克装置的组装，在26到27年，完成用磁重联技术把等离子体加热到聚变温度的实验验证，之后建设核聚变商业示范堆。

而除了星环聚能之外，现在全球还有包括美国的CFS，英国的TokamakEnergy，中国的能量奇点在内的超过30个团队在向着实现小型可控核聚变这个目标努力。
也就是是一切顺利的话说，核聚变电站离我们可能不是50年，而是大概十年。

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