很多看过《钢铁侠》的网友都非常羡慕剧中那套酷炫又强大的盔甲,很多人会问现实中能否制造出这种盔甲,其实国际上早在1950年就已经开始研究钢铁侠能量来源——可控核聚变技术了,那么现在的中国已经掌握可控核聚变技术了吗? 核聚变是什么 上个世纪人类在研究氢弹的过程中发现了核聚变,氢弹是目前人类能够掌握的不可控核聚变技术,核聚变就是两个原子核聚合在一起产生能量的过程。在自然界中氚和氘两种原子核可以产生核聚变,第一代的核聚变技术就是通过氘和氚相互碰撞融合,第二代核聚变氘和氦3融合,第三代则是利用氦3相互融合。 可控核聚变的应用范围也非常广泛,可以代替地球上所有的能源。氘广泛蕴含在海水内,一升海水内可以提出的氘,通过核聚变技术可以释放相当于300升石油所释放的能量,几乎可以算是用之不尽取之不竭。所以如果能够掌握这种技术并且进行小型化,就肯定能制造出钢铁侠的盔甲。不过制造盔甲的格局还是小了,人类掌握可控核聚变的那天,人类文明都将提升好几个层次,影视剧中的各种科幻场景都会成为现实,太空旅行就像家常便饭一样简单,离开太阳系也会变成寻常的事情。 但是以现在的情况来看,要掌握这种技术还是遥遥无期,全球没有一个科学家可以给出能够掌握可控核聚变的大概时间,老美和毛熊上个世纪就说50年后可以实现核聚变,现在这些科学家大多都不在了,核聚变技术还是在摸索之中,下一个50年都不一定能够看到。 核聚变真的很难吗?答案是肯定的。光刻机难吧?全球最精密的设备,全人类最尖端科技的结晶,它上面的设备和技术是结合全球数十个顶尖企业的研究成果,ASML老板曾经放言没有一个国家能够独自制造光刻机。即使如此,如果我们下决心做,也就5年左右出结果,10年之内必定拿出最先进的光刻机。而可控核聚变,1968年毛熊就已经着手研究,但是想完全掌握的话,现在科学家们只能回答有生之年有希望能够看到。 IETR项目 毛熊在1954年建造了第一座"托卡马克装置",这个装置相当于钢铁侠胸口的小型反应堆,虽然小但是能提供巨大能量,这也奠定了全球核聚变研发的方向。1968年毛熊科学家通过"托卡马克装置"获得了等离子,这也是人类历史上第一次获得等离子。 随后毛熊将这个装置构想和世界各国分享,英国是第一个根据这个构想进行试验的,随后其他国家也急忙建造自己的核聚变反应堆,其中日本就是最积极的一个。 早在1975年前后毛熊就已经和老美进行合作,但是结果并不理想,1985年毛熊还要求老美和自己继续出资35亿美元建造核聚变反应堆以验证核聚变能否发电。然而40多年过去了,核聚变发电仍然还是出于一个概念模型。 因为核聚变需要研究的面有很多,在十来年的研发过程中,每个国家仅仅是在不同的方向有一些成就而已。但也正是因为核聚变的难度太大,在数次的国际会议上有人提出为了全体人类生存发展,国际上应该联合起来一起研究核聚变。 所以1985年国际上的主要强国老美、毛熊、日本和欧盟等国商讨合作开发核聚变技术,1988年开始正式动工建造实验堆,这项工程被称为ITER计划。最终因为法国核应用与核废料处理能力方面比较突出,所以几个成员国决定将ITER工程总部设立在法国。 这项工作虽然进展并不是那么顺利,但仍然在有序地进行着,并且各个国家在知识共享的过程中,都有了不同程度的进展。而我国在毛熊1954年建造反应堆的时候,甚至连理论基础都不能掌握;在60年代的时候,国家决定也要发展自己的核聚变技术,这才正式踏入可控核聚变的领域。 虽然在2003年中国也加入了IETR项目,但是国际上同意中国加入的主要原因和印度一样,其实就是因为这个项目资金不够,而彼时的中国经济已经进入高速发展的阶段,所以他们同意我们加入进来主要就是想让我们出资。而且这种项目里的工程都是通过竞争,才有机会参与,中国在竞争中往往被排挤,抢不到好的项目做。 也正是因如此,中国一边参与IETR项目,自己国内的研究也并没有停下来,虽然我们国家起步晚,技术封闭,但是经过一段时间的艰苦奋斗,还是赶了上来,甚至超过许多先发国家。 中国核聚变的发展 我们国家许多高端科技研究其实都有共同特点:发展晚,起点低。半导体技术、航天技术等都是如此,核聚变也不例外。上文说过中国在60年代才正式开始核聚变反应的建设,这时候毛熊都已经通过反应堆获得等离子了,可想而知我们有多落后。 到了80年代,全球几个核聚变大国开始进行联合研究的时候,中国才建设出一台验证机 "中国环流器1号",这台机器也是我国核聚变的"启蒙"机器。 但是中国最强的地方,就是在科学性的指导下埋头苦干,落后不要紧,有规划肯出力,就没有什么难题是无法克服的 。正是在这种情况下,我国制定了"三步走计划"。通过这项计划,我们在国际上从难以望其项背一直追到齐头并进,现在已经成为世界上唯二核聚变技术领先的大国之一了。 这"三步走"计划可以概括为:"聚变技术、聚变工程、聚变商用",计划时间节点分别为2010-2020年完全消化现有的所有核聚变技术,并且建造实验用聚变反应堆;2020-2035年建造,运行聚变反应堆;2035年-2050年发展聚变发电站。 用现在的眼光再看这项计划,可能会觉得很轻松,但是在60年代的时候穷到揭不开锅,更何况做科研呢?在当时简陋的条件下,没有计算机只能用手写,设计图纸有3层楼高。现在我们国家自主研发的"东方超环"的液氦冷淡费用一天要上千万,在60年代想要挤出一点研发费用无论是谁都要省吃俭用。 上一辈科学家住山洞,喝泉水,啃着硬馒头进行着艰苦卓绝的奋斗,硬生生地在一座人迹罕见的荒山中建造成一座核聚变研究站。 在前人的研究基础上,90年代后我国核聚变技术突飞猛进,2002年以"中国环流1号"为基础的"环流二号"建成,这是我国追赶世界强国的第一步;2006年全世界第一座全超导东方超环在合肥建成,它也是全球唯一可以为IETR工程提供实验数据的设备;2017年中科院通过EAST实现了超过 100秒时长的等离子运行,这是世界最长记录,并且核心温度达到1亿度;2020年"环流2号M"即将建成,其核心温度预计可达1.5亿度。 在60年代时,我们距离全球先进国家水平保守估计落后半个世纪,到了2000年后我们开始逐渐追了来上,2007-2016年我国每年核聚变论文数量仅次老美和德国,2016年之后已经和老美相差无几,现在已经完全超过。中国承接的IETR项目内的部分装置制造,在2020年已经按照计划运送到法国,这标志我国已经全面引导世界核聚变技术,数十年间无数人的前赴后继为的就是这一天。 总结 我们国家虽然核聚变技术起步晚,但是一直在踏踏实实地走着自己的路,在极短的时间内就已经赶上国际先进水平,甚至领先全球绝大部分国家,就是因为我们一直按照既定计划稳步发展。这也是中国人最擅长的符合科学的计划,例如航天,激光,生物,新能源等等,都是一步步稳扎稳打,按照规定的时间节点完成任务。如核聚变"三步走"计划在去年刚好完成了第一阶段,今年已经开始着手第二阶段研发,航天工程同样是在明年要完成空间站建设任务。对比其他国家,我们始终秉承着实事求是的态度,和科学的发展观,务实的科学精神。正是在科研上的这种韧性和坚持,让我们始终没有气馁过,即使有过落后,也最终会在国际上跻身前列。