這是事實：核聚變發電？別逗了，東方超環帶不動一臺微波爐

這兩天又傳出“核聚變發電離我們只有20年的說法了”，不是離我們還有50年嗎？怎么快了那么多？粉絲要W君說說。

那今天的文章又會讓很多人不高興，甚至難以接受了。不過咱們還是展開講講。

所謂的“東方超環”是指Experimental Advanced Superconducting Tokamak，先進實驗超導托卡馬克實驗裝置，縮寫就是EAST，恰好和東的英文相同，因此叫做“東方超環”了。但“Experimental”這個詞已經給出了東方超環的基本身份認定——就是一個實驗裝置，是為了某種猜想和假設定義所建造的一個實驗設備。用大家能理解的話簡而言之的說就是我們的國家、我們的科學家團隊壓根兒就沒指望著這臺設備發電盈利。

因此這個東西就只是一個實驗裝置，和商業沒任何關系。是一臺即便往里面投入幾千幾萬億，也只是為了得到實驗結果而存在的設備。

那么這個設備為了驗證什么？實際上就是為了驗證能不能利用全超導磁體產生的磁場約束托卡馬克裝置中的聚變材料產生核聚變。

所以，當我們聽到東方超環的新聞，大多數都是聽到磁約束的等離子體穩態運行多少多少秒。并不會聽到這個東方超環發出多少電。雖然在很多新聞中也會報告電流的指標，但那些電并不是東方超環發出來的，而是外部的發電站所供給給這臺設備的。

所以說東方超環“帶不動一臺微波爐”，并不是故意貶低，而是就事論事。你如果真的拿個功率計來量，東方超環自己一秒鐘都不能發出哪怕1瓦的凈能量。甚至連維持自身運行都要靠外部電網的高壓直流大功率饋電系統源源不斷地供能。

那么，口說無憑，東方超環聚變到底能有多大能量輸出呢？咱們是可以根據公開資料來計算的。從公開的很多媒體圖片來看：

這是東方超環第150425次點火試驗，等離子體電流為4376.45安，這次點火的脈沖的時間為1066.76秒，但是這張圖并不全。

更全的圖片是這樣的，這里面有一個很多人會忽略的要點：

設備的內真空是萬分之一帕斯卡的級別，對應于我們現在的標準大氣壓101325Pa，這個數值就已經是高度的真空了，也就是大約10億分之一的大氣壓。

在這種環境下被我們看成一團的等離子體相當稀薄幾乎等于沒有。那么能產出的能量有多大呢？在合肥所在《聚變工程和設計》雜志上發表的論文《Radioactivity study of EAST structural materials based on neutron activation system（基于中子活化系統的EAST結構材料的放射性研究）》中我們可以找到端倪。

“氘氘（DD，D-D）反應為主要的聚變反應……目前中子生成率為1 x 101? n/s”，也就是說在EAST裝置運行的時候每秒鐘由聚變所產生的中子數量已經突破了100萬億（100000000000000）個。這個數字寫出來要比很多人的手機號還長，相當大！

氘氘反應是什么呢？

通常氘氘聚變反應有兩個路徑，第一個是

兩個氘原子融合為一個氦3原子并放出一個中子，在這個反應中釋放出3.27兆電子伏特的能量。

第二個是

兩個氘原子融合為一個氚原子并放出一個質子，在這個反應中釋放出4.03兆電子伏特的能量。

在氘氘反應中，這兩種路徑發生的概率各為50%。所以，在氘氘反應中我們看到了一個中子的產生，就可以估算反應所釋放出的能量為3.27 + 4.03 = 7.3兆電子伏特。

中子生成率為1 x 101? n/s 其實也就代表了每秒有200萬億次的氘氘反應，釋放出100萬億個7.3兆電子伏特的能量 7.3 x 101? MeV

數量看是很大吧？但是這是高能物理中所使用的能量單位，如果是轉換為我們宏觀的能量單位焦耳呢？ 這里有轉換公式1 MeV = 1.602 x 10 ?13J

也就是釋放能量為 （7.3 x 101?） x （1.602 x 10 ?13）= 73 x 1.602 焦耳，也就是116.946焦耳。每秒都是這樣，我們再除以秒，就可以把單位換算成我們熟悉的單位“瓦”了，聚變能量大約是117瓦。

這個1 x 101? n/s 的中子產生率是2023年的論文中提到的EAST的一個數據，我們現在的EAST進步了，但是還沒有達到數量級的飛躍，因此在1066秒的點火試驗中，咱們不能給這個數值翻10倍，打個折扣翻5倍，也只有不到600瓦的聚變功率。

一臺普通家用微波爐的功率大約是800瓦，這個EAST聚變的能量還就真的帶不起來。1066秒的時間一共產生的能量能做什么呢？說來可能讓你笑了：

如果不計損失，可以供上面這種大約1.5升的電熱水壺燒兩壺開水……如果計算損失，恐怕這壺水也燒不開。

為什么會這樣？

前面說了，這個EAST東方超環內部是一個幾近真空的環境，可以聚變反應的氘還很少很少，本身反應物的量幾近于沒有，也就別太幻想這些幾近于沒有的物質可以釋放出太多的能量了。

大費周章的搞成這樣，代表我們失敗了嗎？憑良心說還真不是！其實開頭就說了——東方超環是一個實驗裝置，它和我們在實驗室中做實驗的意義是一樣的，只是幫我們揭示一些原理層面的概念。正如東方超環自己的研究方向所定義的一樣：

這是一個探索和研究的裝置，并不是很多人認為的商業化項目，不僅這個項目我們沒有失敗，相反在取得的成績上看，EAST都是目前全球托卡馬克實驗中最成功的之一，特別是在長時間等離子體控制、全超導磁體運行、穩定態驗證方面是全球第一梯隊。

我們沒有失敗，只是沒有完成很多自媒體幻想中“點亮地球”的那種魔術演出而已。

最后一個問題——是20年還是50年？

本質上這個問題并不是一個有意義的問題，因為我們依舊是在搞實驗，目前等離子體可以算是穩定的長時間運行十幾分鐘了。但是如何從這些等離子體中攫取能量我們還做不到。

雖然，EAST已經是實驗裝置的最后一個環節馬上我們要建立實驗堆了。但是我們現在還沒有有效的找到一種從聚變等離子體中分離能量的方法，很多人所想象的聚變了有熱量，繼續燒開水的想法對于一個結構復雜的聚變堆來說就又一次增加了這個堆的復雜度了，很可能完全打破實驗所得到的理論理想結構，讓我們再次從頭開始。

還有諸如聚變-裂變堆的設計，利用鈾-238吸收聚變反應所釋放的中子就又回到了裂變的路子上，效率雖然提高，但但也意味著我們千般努力卻還逃不出裂變反應堆的影子，聚變成了“催化劑”……

即便如此，聚變-裂變堆的設計目前還停留在CAD圖的階段。

而中核工業的研究目前也僅僅進行到了論證環節，這東西也是屬于沒有1、20年還見不到開機鍵在哪里的想象階段而已。

所以“是20年還是50年？”現在討論這種問題還為時尚早。