这是事实：核聚变发电？别逗了，东方超环带不动一台微波炉

这两天又传出“核聚变发电离我们只有20年的说法了”，不是离我们还有50年吗？怎么快了那么多？粉丝要W君说说。

那今天的文章又会让很多人不高兴，甚至难以接受了。不过咱们还是展开讲讲。

所谓的“东方超环”是指Experimental Advanced Superconducting Tokamak，先进实验超导托卡马克实验装置，缩写就是EAST，恰好和东的英文相同，因此叫做“东方超环”了。但“Experimental”这个词已经给出了东方超环的基本身份认定——就是一个实验装置，是为了某种猜想和假设定义所建造的一个实验设备。用大家能理解的话简而言之的说就是我们的国家、我们的科学家团队压根儿就没指望着这台设备发电盈利。

因此这个东西就只是一个实验装置，和商业没任何关系。是一台即便往里面投入几千几万亿，也只是为了得到实验结果而存在的设备。

那么这个设备为了验证什么？实际上就是为了验证能不能利用全超导磁体产生的磁场约束托卡马克装置中的聚变材料产生核聚变。

所以，当我们听到东方超环的新闻，大多数都是听到磁约束的等离子体稳态运行多少多少秒。并不会听到这个东方超环发出多少电。虽然在很多新闻中也会报告电流的指标，但那些电并不是东方超环发出来的，而是外部的发电站所供给给这台设备的。

所以说东方超环“带不动一台微波炉”，并不是故意贬低，而是就事论事。你如果真的拿个功率计来量，东方超环自己一秒钟都不能发出哪怕1瓦的净能量。甚至连维持自身运行都要靠外部电网的高压直流大功率馈电系统源源不断地供能。

那么，口说无凭，东方超环聚变到底能有多大能量输出呢？咱们是可以根据公开资料来计算的。从公开的很多媒体图片来看：

这是东方超环第150425次点火试验，等离子体电流为4376.45安，这次点火的脉冲的时间为1066.76秒，但是这张图并不全。

更全的图片是这样的，这里面有一个很多人会忽略的要点：

设备的内真空是万分之一帕斯卡的级别，对应于我们现在的标准大气压101325Pa，这个数值就已经是高度的真空了，也就是大约10亿分之一的大气压。

在这种环境下被我们看成一团的等离子体相当稀薄几乎等于没有。那么能产出的能量有多大呢？在合肥所在《聚变工程和设计》杂志上发表的论文《Radioactivity study of EAST structural materials based on neutron activation system（基于中子活化系统的EAST结构材料的放射性研究）》中我们可以找到端倪。

“氘氘（DD，D-D）反应为主要的聚变反应……目前中子生成率为1 x 10¹⁴ n/s”，也就是说在EAST装置运行的时候每秒钟由聚变所产生的中子数量已经突破了100万亿（100000000000000）个。这个数字写出来要比很多人的手机号还长，相当大！

氘氘反应是什么呢？

通常氘氘聚变反应有两个路径，第一个是

两个氘原子融合为一个氦3原子并放出一个中子，在这个反应中释放出3.27兆电子伏特的能量。

第二个是

两个氘原子融合为一个氚原子并放出一个质子，在这个反应中释放出4.03兆电子伏特的能量。

在氘氘反应中，这两种路径发生的概率各为50%。所以，在氘氘反应中我们看到了一个中子的产生，就可以估算反应所释放出的能量为3.27 + 4.03 = 7.3兆电子伏特。

中子生成率为1 x 10¹⁴ n/s 其实也就代表了每秒有200万亿次的氘氘反应，释放出100万亿个7.3兆电子伏特的能量 7.3 x 10¹⁴ MeV

数量看是很大吧？但是这是高能物理中所使用的能量单位，如果是转换为我们宏观的能量单位焦耳呢？ 这里有转换公式1 MeV = 1.602 x 10 ⁻¹³J

也就是释放能量为 （7.3 x 10¹⁴） x （1.602 x 10 ⁻¹³）= 73 x 1.602 焦耳，也就是116.946焦耳。每秒都是这样，我们再除以秒，就可以把单位换算成我们熟悉的单位“瓦”了，聚变能量大约是117瓦。

这个1 x 10¹⁴ n/s 的中子产生率是2023年的论文中提到的EAST的一个数据，我们现在的EAST进步了，但是还没有达到数量级的飞跃，因此在1066秒的点火试验中，咱们不能给这个数值翻10倍，打个折扣翻5倍，也只有不到600瓦的聚变功率。

一台普通家用微波炉的功率大约是800瓦，这个EAST聚变的能量还就真的带不起来。1066秒的时间一共产生的能量能做什么呢？说来可能让你笑了：

如果不计损失，可以供上面这种大约1.5升的电热水壶烧两壶开水……如果计算损失，恐怕这壶水也烧不开。

为什么会这样？

前面说了，这个EAST东方超环内部是一个几近真空的环境，可以聚变反应的氘还很少很少，本身反应物的量几近于没有，也就别太幻想这些几近于没有的物质可以释放出太多的能量了。

大费周章的搞成这样，代表我们失败了吗？凭良心说还真不是！其实开头就说了——东方超环是一个实验装置，它和我们在实验室中做实验的意义是一样的，只是帮我们揭示一些原理层面的概念。正如东方超环自己的研究方向所定义的一样：

这是一个探索和研究的装置，并不是很多人认为的商业化项目，不仅这个项目我们没有失败，相反在取得的成绩上看，EAST都是目前全球托卡马克实验中最成功的之一，特别是在长时间等离子体控制、全超导磁体运行、稳定态验证方面是全球第一梯队。

我们没有失败，只是没有完成很多自媒体幻想中“点亮地球”的那种魔术演出而已。

最后一个问题——是20年还是50年？

本质上这个问题并不是一个有意义的问题，因为我们依旧是在搞实验，目前等离子体可以算是稳定的长时间运行十几分钟了。但是如何从这些等离子体中攫取能量我们还做不到。

虽然，EAST已经是实验装置的最后一个环节马上我们要建立实验堆了。但是我们现在还没有有效的找到一种从聚变等离子体中分离能量的方法，很多人所想象的聚变了有热量，继续烧开水的想法对于一个结构复杂的聚变堆来说就又一次增加了这个堆的复杂度了，很可能完全打破实验所得到的理论理想结构，让我们再次从头开始。

还有诸如聚变-裂变堆的设计，利用铀-238吸收聚变反应所释放的中子就又回到了裂变的路子上，效率虽然提高，但但也意味着我们千般努力却还逃不出裂变反应堆的影子，聚变成了“催化剂”……

即便如此，聚变-裂变堆的设计目前还停留在CAD图的阶段。

而中核工业的研究目前也仅仅进行到了论证环节，这东西也是属于没有1、20年还见不到开机键在哪里的想象阶段而已。

所以“是20年还是50年？”现在讨论这种问题还为时尚早。