路透社报道称,中国不久前发布《十四五生态环境领域科技创新专项规划》,计划构建绿色技术创新体系,以高科技方案解决环保挑战,利用大数据、生物技术和人工智能领域的创新来应对污染、生物栖息地消失和气候变化等问题。
船运数据和分析公司开普勒指出,12月5日以来,至少有7艘装载着俄原油的油轮从俄罗斯波罗的海港口出发前往印度,这7艘油轮总共装载了约500万桶原油。亚洲炼油商正利用低成本优势敲开欧美大门,将石油产品销售到炼化产能下滑、供应紧张且价高量少的西方国家。
截至12月第二周,俄罗斯对欧洲的原油出口均量仅为22万桶/日虽然美国和欧洲的公司计划以商业规模生产HALEU,但即使在最乐观的情况下也至少需要五年时间。利哈乔夫说道,公司2022年将突破产品出口100亿美元的大关,预计增长将达到15%,但人们必须明白,这个增长率远远不是极限。最近十多年,俄罗斯国家原子能公司签署了40余个海外核电机组订单,市场占有率近70%,稳居全球第一,成为无可争议的全球核电出口领跑者。但在国际市场上,只有隶属于俄罗斯国家原子能公司的俄罗斯技术装备出口公司(Tenex)在商业上销售这项产品。
自今年2月俄乌冲突升级以来,西方国家对俄罗斯的多个行业展开了制裁措施,而俄罗斯国家原子能公司的业务却不在其中之列。增长主要来自于履行的合同、燃料供应、浓缩铀产品等,利哈乔夫还补充称,其中还包括在十几个国家的项目中建造23台核电机组的业务。不等式左边被称为聚变三乘积,其中包括:1、等离子体中的电子(或离子)密度n。
比如之前曾经有一位中国首富脑洞大开,表示把喜马拉雅山炸开一个口子,将印度洋的暖湿气流引入青藏高原,这个提议值得认真地考虑。1985年,苏联总统戈尔巴乔夫向美国总统里根提议共同建设一个大型的托卡马克装置,最终落地就是这个ITER。但问题是,点火并不意味着可控核聚变的成功。2015年9月,该模块通过了ITER工作组的概念设计评审。
为什么会提出要做这个装置呢,直接的原因是在1978年国际托卡马克反应堆 (INTOR) 研讨会上,评估磁约束聚变具备了向实验反应堆阶段推进的条件,也就是科学家们认为用托卡马克装置是可以实现核聚变的点火的。中国还将提供制造气体注入系统和部分诊断系统,前者是为等离子体操作、维护、控制和壁调节提供各种气体,同时提供用于加热和诊断中性束的氢和氘,以及用于颗粒注入和紧急聚变电源关闭的必要气体。
人生最大的痛苦,莫过于看到激动人心的改变就在眼前,而我要嗝儿屁了。双回路400kV电网组成的高压交流系统将供应ITER装置及其所有基础设施的运行所需能量,中国将提供400kV 高压变电站中的所有设备。可控核聚变是一种完全不同的东西,两边落差巨大无比,中间隔了一座喜马拉雅山,这是人类历史上第一次对大自然霸王硬上弓,相形之下之前所有的工程项目都显得费拉不堪。更进一步,如果它的意思是把这个装置放大之后可以向外释放能量,那就差得更远了,磁约束聚变是可以稳定释放能量的,而惯性约束聚变类似于发动机的爆燃,释放能量只在一瞬间,如果想要持续稳定向外输出能量就必须以很高的频率重复这个爆燃的操作,然后我们算一个比方说1分钟100次爆燃总共消耗了多少能量释放了多少能量比一比才是有意义的,现在你只能一天爆一发,这算出Q大于1能说明什么问题。
为什么大家会对这种能量形式感兴趣呢?首先是因为它的能量密度和潜在能量总量,都大得惊人,以最容易实现的氘氚聚变,也就是氢带一个中子的同位素和氢带两个中子的同位素的聚变为例:氘原子的质量为3.345*10的-27次方千克,氚原子的质量是5.01*10的-27次方千克,氦-4为6.649*10的-27次方千克,中子为1.675*10的-27次方千克,反应后质量少了0.031*10的27次方千克,反应质量亏损在0.37%左右,亏损的质量以能量的形式释放。从外部看,每个磁铁馈线像是简洁集成的30—50米长的盒子,不过,其内部走线极为复杂,因为它必须要保证传输电流的汇流排和分配回收不同温度的低温流体的管道的完美并排运行。而根据ITER官方2021年6月公布的资料,它的施工进度已经达到78%。这时候虽然磁力梯度依旧存在,但粒子的受力方向一会向左一会向右,一会向上一会向下,整体效果就被中和掉了,理论上就可以实现等离子体的长时间约束。
其中美国科学家,普林斯顿大学的莱曼·斯皮策,在1951年发明了一种装置,叫做仿星器。一种理想的能源应该是两边水位的落差足够大,而中间的挡板足够薄弱,遗憾的是,宇宙是趋于热寂的,自然界当中不存在这样的东西。
托卡马克装置的造型非常像一个胖胖的甜甜圈,我们用若干环状磁体,可以形成贯穿其中垂直于环状平面的磁感线,当等离子体中离子和电子在环中区域动来动去的时候,它们会受到垂直于磁感线方向的力,让它们开始转弯,如果磁场够强的话转弯半径够小呈现出来的效果就是它们会在里面转圈圈,就被束缚住出不来了。传统火箭发动机喷出的气体速度是2km到4km每秒,一枚推力3000吨的火箭,90%以上的负载是它的燃料,只能送200吨的货物到近地轨道,50吨的货物到月球,这种开油罐车上班的状况在根本上限制了我们在太阳系的交通,马斯克当火星球长的愿望在这种技术条件下根本无法实现。
第一阶段到2021年,CFETR开始立项建设。也就是我们找不到任何一种材料来装核聚变的原料,于是科学家们就摸索出了两种核聚变的主流实现路径,第一种叫磁约束,大名鼎鼎的托卡马克装置和仿星器就是磁约束路径的,而这次美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置,走的是惯性约束的路线。ITER有18个环形场线圈,每个线圈由7根CICC组成,共需要126根导体,中国承担其中11根的制造任务。所以我觉得在可控核聚变这个问题上,应该遵循两个凡是的原则,凡是推动可控核聚变加速向前发展的,就是我们的朋友。如果一切顺利的话,它会在2035年开始氘氚聚变反应,或者说传说中的聚变点火实验。而组成6个不同尺寸的极向场线圈的导体则由中国制造60根,约占全部所需的65%。
NIF采用的是所谓的惯性约束路线,也就是我们有一坨聚变材料,想办法以迅雷不及掩耳盗铃之势给它一个高温高压,通常是用高能激光打上去,然后利用材料的惯性,趁它还没有散开来之前,完成聚变反应。通过中科院等离子体物理研究所(安徽合肥)的东方超环,还有西南物理研究院环流器二号M(HL-2M),我国已经掌握了国际领先的完整的托卡马克装置制造能力。
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,仅仅相当于0.01克,对应到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。这种霸王硬上弓势必会带来巨大的改变。
虽然我不是很看好ITER的项目进度管理能力,但介于我们国家在重大工程项目上的履历,这个CFETR是非常值得信赖的,也就是说核聚变点火的那一刻,乐观估计会在2035年,保守估计会在2040年左右,最终实现。为了补充氚的消耗,需要在核聚变堆的包层中就地发生中子轰击锂聚变产生氚的反应,以维持核聚变反应的持续运行。
在上述任务中,中科院等离子体所承担了导体、校正场线圈、超导馈线等部分,占中国承担ITER任务的近80%。核聚变的原理是非常简单的,大致来说就是两个或者多个轻的原子核可以合并成一个重的原子核。在这些的基础上,由中科大、中科院等离子所、核工业西南物理研究院以及绵阳9院主导,多家高校及军工企业所参与的中国版ITER ——CFETR(中国核聚变工程实验堆)正在筹备当中。所谓可控核聚变,就是用高温高压促使轻原子核合并成重原子核,并且控制能量平稳输出的工程。
所谓磁约束就是说,当我们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,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。刚才说过我们做磁约束装置是希望能把能量增益Q做到大于1,这个聚变反应刚跨过盈亏平衡的数学表达式Q≥1,经过一些变换处理之后,可以得到一个著名的不等式——劳森判据。
3、等离子体的约束时间τE(维持等离子体稳定以及温度不下降的时间)它的含义是只有当三乘积大于某个值时,聚变反应才能自发维持下去,也就是点火成功,而根据氘氚反应的函数曲线,在温度约等于1.6亿摄氏度,三乘积存在一个最低点3×10的21 次方KeV·s/m3:1.6亿度这个温度已经有技术手段可以达到,而磁约束下我们没有有效的手段去提升离子密度,因此磁约束主要发展方向就是尽量延长约束时间。后续的持续燃烧,解决中子辐照,氚增值,能量回收,加料排灰等问题,只有等点火成功之后,我们才会拥有实验条件尝试去解决,然后是降成本,商用,乃至小型化。
我们之所以看重Q这个参数,是因为在磁约束当中,一定的Q代表这核聚变反应可以自我维持,完成点火,更高的Q意味着有额外的能量可以向外输出。至少在当时,这个构型实现不了。
汽车启动之后,发动机里面就开始重复喷油,点火,爆燃,推动活塞运动向外输出能量的过程,惯性约束核聚变就是用核爆去替代了汽油的爆燃。类比到我们身边的事物的话,惯性约束核聚变装置非常类似于是我们车里面的发动机,内燃机。以及与高压电网间的能量传输、功率转换等。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,简直是海量。
元素周期表里铁之前的元素发生合并后,形成的重原子核质量会小于反应前的两个轻原子核的质量之和,出现质量亏损,亏损的这部分质量会以能量的形式释放出来。覆盖ITER真空室内壁的包层将聚变反应产生的中子和高热负荷屏蔽在真空管内。
即便不出现事故,核裂变反应留下的废料也是很难处理的放射性垃圾。比如这次NIF搞的所谓Q大于1,只要这能帮助那群科学家在美国国会搞到更多的经费,我就支持它大搞特搞,不就是骗经费吗,骗起来,多骗一点。
核裂变反应是用中子轰击不稳定的重元素放射性同位素原子比如铀235,使之分裂成更小的原子并且释放出更多的中子,释放的中子再跟铀235反应,从而形成链式反应。中国在ITER当中承担了大量关键的工作,包括组成环形场、极向场线圈的基于Nb3Sn超导线的铠装导体(CICC)。