如果核聚变研究成功,电费会多少钱一度?几分钱还是不要钱了?( 二 )



在太阳内部有高温高压 , 地球上无法制造太阳那样强大的压力 , 只能通过更高的温度将原子电离成自由电子和原子核 , 并将能量传递给它们 。
与此同时 , 地球上也没有一种物质能够承受数亿度的高温 , 于是科学家们想到了用强磁场打造一个无形的“笼子”将电离后的原子核注入进去令其高速旋转并加热 。 这就是磁约束核聚变反应装置“托卡马克” 。

“托卡马克”通过超导磁场将超高温粒子约束在磁环里
在所有核聚变方案中 , 托卡马克是其中成熟也容易实现的一种领先方案 , 即便如此 , 科学家们为了实现更长时间的加热过程费尽心机 , 至今也没能进入到真正有用的聚变过程 , 反应堆所消耗的能量远远大于它本身输出的能量 , 因为原子核在磁环中碰撞的效率太低 , 它还不能达到稳定的自持 。
换句话说 , 这个核反应堆不仅不能发电 , 它还是个电老虎 。

现在的核聚变反应堆都是电老虎 , 只进不出
氦-3核聚变难上加难
科学家们已经进行了几十年的不懈研究 , 至今还没能实现初级的可控聚变反应 , 作为第三代的氦-3核聚变更是只在理论上可行 。
可控核聚变的拦路虎在于库仑势垒 , 原子核中的质子越多(氦比氢多一个质子) , 它的电荷越大 , 库仑势垒就越高 , 你要让它们聚合就必须提供多得多的能量 。 目前一代核聚变至少要等到2050年之后才有可能进行商业化发电 , 第三代的氦-3不知道要等到何年何月 , 同时在这个过程中研发资金的投入是无比巨大的 。

ITER耗资极大 , 需要国际合作才能建成
即便哪天有了第三代核聚变的技术 , 要想获得大量氦-3也是个问题 。 有朋友说月球表面就有100万吨氦-3 , 但你不知道这些气体是分散潜藏在月球岩石和土壤的孔隙中 , 它的浓度仅在1.4~15ppb之间 。
换句话说 , 你需要将至少150吨月球岩石和土壤全部破碎、过滤、加热到700℃以上 , 再通过复杂的技术手段才能得到1克氦-3气体;或者 , 你需要把1平方公里内所有的月球土壤全部挖掘提纯一遍才能得到26千克氦-3 。
26千克氦-3能发多少电?假设它的能源转换效率为百分百(实际上不可能) , 它大约能让一座百万千瓦核电站发电半年 。

100万吨氦-3 , 撒开来就十分稀薄了
但是要想将大量的机器设备和人运送到月球上去开矿 , 并且将东西运回来 , 其消耗的能源和投入的成本实在是太大了 , 这无疑是一笔赔本的买卖 。

月球采矿成本极大 , 不可承受
总结
随着科学技术的迅猛发展 , 我们在电力供应上将会有越来越多的选择权 , 除了传统的火力和水力发电外 , 像太阳能、风能、化学能以及核能发电将会日益普及 , 核聚变发电也终将有一天得到推广和普及 。
同时我们也应该看到 , 电力供应说到底它是一门生意 , 建设和运营一座核聚变电站需要钱 , 前期大量的研发工作也需要巨额投资 , 每一分钱到最后都会摊到我们的电费里 。
从聚变原料获取的难度看 , 氘在海水中含量丰富 , 几乎取之不尽;氚也比较容易制备 , 其成本也相对不高 , 因此未来DT核聚变无论从技术、燃料供应还是从成本角度看都是相对合算的 。


法国卡特农核电站巨大的冷却塔
氦-3核聚变在理论上最“干净” , 但技术极难、原料极难获得、成本太高 , 未来不会是聚变发电的选择 。

推荐阅读