转：比2014年ITER增效49倍的核聚变电站才比火电便宜3.571%

人工淀粉那个成本我遗漏了氢气。

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看爽文《重生之神级学霸》挺厉害，湍流涡流问题用新的数学算法解决，第一壁被快中子照射变脆问题用加锂6夹层吸收快中子增殖氚的办法解决，顺带压低了氚生产成本，还解决了增殖氚后的密封回收问题，还发明了专用的湍流涡流探针，氦3二代聚变聚变堆都解决了。发电成本压低到火电千分之1，爽得不行。不过后来断断续续搜集了一些旧新闻，以及王孟源的评论，发现……根本不是那么回事……

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2014年的时候华盛顿大学说他们有个新的核聚变设计方案成本宣称是ITER的10分之1，发电量是5倍，然后能比28亿美元的火力发电厂便宜1亿美元发出电……现在依然没看影儿。

美国设计新核聚变反应堆 成本低于燃煤发电（中国核能行业协会网站转发的）

https://www.china-nea.cn/site/content/22353.html

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后来看了下王孟源的旧博文里的一些后注，才发现，像上述能谈到钱的核聚变方面的新闻真是凤毛麟角，普遍都没介绍钱，效率，成本等问题，确实是假大空（下面内容里关于对对撞机、人工淀粉、量子超算的质疑都没复制过来，太多了。简单说一下，就是人工淀粉要浓缩二氧化碳——以及光伏电池电解水制取氢气，刚开始遗漏了——所以耗电成本很高可能要10万美元1克……以谷歌从53个量子位增加到56个的速度，可能要672年增加到8个数量级才能实用化，不过谷歌自己说2029年就能实用化？过6年看看再说吧。他当年认为AI项目，如AI计算蛋白质折叠更有前景，此外是液流电池，今年比较火的是ChatGPT？但不知道和蛋白质折叠AI相差大不大，液流电池不了解……）：

https://taizihuang.github.io/wmyblog/html/155306037.html

【后注二】前面那个质疑，虽然玩的是“吹毛求疵、无限上纲”的狡辩术（参见前文《常见的狡辩术》），但至少指出了正文细节原本所含的字面错误，依我向来追求100%正确的原则，值得评论并修正。

现在又有朋友催我回应一些有关Tritium的质疑，我就不太乐意了，因为那些人的论点连狡辩术都谈不上，纯粹就是编造和扭曲事实，利用公开数据来检验这些事实应该是读者的责任，我向来不鼓励巨婴心态。不过朋友催得太紧，我就在此简单解释一下：每个1GW的聚变发电站，每年物理上就必须消耗Tritium至少100多公斤（参见这篇美国能源部的文件），而美国当前裂变电站提供了超过100GW的电能，所以如果用聚变堆来替代，每年消耗Tritium会是至少十几吨。中国在2019年的总发电功率超过1200GW，相当于每年一百多吨的Tritium。

但上面的估计数据，说的是聚变反应量。中子撞击锂生产Tritium，是不可能被100%回收的；等离子体也不可能100%完成聚变反应。后者是个尤其严重的问题：目前我所知的所有聚变堆，包括ITER在内，没有一个敢把实际反应参与率印出来，例如如果是1%，那么Tritium的年消耗量就会是远超过每年一万吨，而且绝大部分会成为高放射性废料，再加上是气态，处理起来绝对比裂变堆的废料还要困难昂贵得多。（有读者可能想象这些废弃燃料也可以回收，但科学分析无从做起，因为实用设计不存在，参见下文。）另外一个问题是全球锂的年产量是7万7千吨，但生产氚用的是锂6这个同位素，只占总量的7.6%，相当于5800吨。每生产一吨的氚，需要两吨的锂6，所以即使假设一切提纯锂6的工业步骤以100%效率进行，在理论上也顶多只能支持每年2900吨的Tritium生产。

正因为核聚变支持者在空中画的饼，连一点细节都没有，反驳起来反而困难。再例如在生产方面，工业规模的生产收集装置，连PPT都不存在，所以我也无从评论起。ITER设想（请注意，不是计划，而是设想；换句话说，没有实际设计，连基本参数都没有，就只是一句空话）的是实验性、公克级别的最早期“可行性”研究。ITER最早要到2035年才能开始做基本聚变反应，生产几克的Tritium连排日程都言之过早。

其实所谓的“无限”和“清洁”，基本上终归是为了减低费用；如果不计价格，再稀缺、再危险的东西，在空想中也是可以生产的。这和超弦有类似之处：一个被证伪的理论，可以凭借无限放松自由度来自圆其说，但失去任何预测能力和物理意义；一个被证伪的技术，也可以凭借无限放松成本估计来想象纸面上的解决方案，因为做这些想象全凭一张嘴，做分析证伪却是费脑费时间的。这正是我以前提过、逻辑辩证的Russell‘s Teapot原则：要提出一个方案论据，己方有责任先证明它有相当的事实逻辑基础和可行性，不能空口说白话，坐等对方做分析证伪。

所以我们最终还是必须从费用的角度来考虑这个问题。现在生产Tritium，每克多少钱？答案：2000年全球非军用产量，每年400克，每克30000美金。将来在高放射性的聚变反应堆墙壁里，生产几万吨的高放射性气态元素，能够把价钱压低到什么地步？这完全没有前例，而且因为在裂变堆生产少量Tritium可以用专用的小容器，聚变堆的墙壁却同时必须维持真空、抵抗快中子、带走超过GW级别的热能、维持超导磁铁的低温、隔绝放射性废料的泄漏、承受等离子体崩溃的冲击等等一系列史无前例的困难任务（当然这个神奇的魔术内壁根本不存在，它的真正作用，是遮挡质疑），事实上不但没有量产效应，反而可以预期会是远远更贵的选项。这主要是因为当前生产少量Tritium，基本忽略污染问题，处理过程中损失的氚单纯任其泄漏。一旦开始大批生产，防治放射性污染就会外加极大的额外费用；别忘了，和裂变产生的放射性高原子量同位素不同，氚是无法用化学方法过滤掉的，而且人体吸收含氚水分近乎100%，然后散布全身，甚至直接成为DNA分子的成分，不像重金属元素集中在少数器官，有药可治。

总之，要拿Tritium说事的，请列出数据的来源根据，并且先检验一下，这些来源根据是科幻性的空口白话，还是有实际工程性质的分析。据我所知，后者是不存在的。拿着物理极限来讨论工业前景，就好比说相对论容许达到99.9999%的光速，所以国家应该把高铁提速到那个等级；是让诚实懂事的人啼笑皆非的错误逻辑。至于不用Tritium的聚变反应堆，那是更加科幻的妄想，任何想要讨论它的人，必须理清自己的逻辑，至少先回答下面这个问题：为什么ITER和更下一代的国际聚变实验都坚持用Tritium？参与理性的对话，己方论述的逻辑自洽是自己的责任，不能只引用科幻妄想，然后等对方来帮你补齐事实与逻辑。

【后注三】有关氚的放射毒性，我在这里提供一些基本参数，理工科的读者参考之后，应该可以简单看出否认其危害的论述都是胡扯。

美国EPA给出的饮用水中氚浓度的安全上限是20000pCi/L，这相当于大约6000多个TU（Tritium Unit，1TU=每10^18个氢原子中有一个氚）；加州的标准更严得多，是14.8 Bq/L，大约相当于130多TU。在1952年（亦即在该年年底世界第一个氢弹之前），自然界的氚浓度大约10TU，经过不到十年的氢弹试爆，在1962年北半球中纬度的雨水已经有高达5000TU的记录，这是1963年禁核试验条约（PTBT）的主要动力之一。每个1GW的核聚变反应炉每年必须经手的氚已经比氢弹高出好几个数量级（确实数据视聚变堆的反应参与率和回收效率而定），然后做为全球电能的重要来源代表必须建10^4座反应炉，那么大家自己估计一下总平均雨水中的含量会是多少。这还不考虑反应炉临近周边的地下水一定会有另高出几个数量级的浓度；例如加拿大的CANDU核裂变反应炉，只不过因为用了重水做为中子减速剂，其中的氘与中子有很小的反应截面会因而产生氚，其周边地下水的氚浓度已经普遍达到200TU。但其实整个电站年产Tritium只有0.3克！那么每年生产几万吨氚的核聚变工业有可能是“清洁”的吗？

【后注六】今天（2021年十月2日）看到Sabine Hossenfelder的最新博文（参见《Nuclear conFusion》；我觉得更精确的标题，应该是《Nuclear Fusion Con》），讨论了聚变团队普遍假造数据、夸大产耗比的伎俩。不同于我已经关注这个议题40多年，Sabine自己承认是在最近几年才开始了解聚变的工程细节，结果对这些累积了半个多世纪，已经像洋葱一样由虚假包着扭曲、扭曲包着夸大、夸大包着幻想、幻想包着自私、自私包着无耻的诈骗公关，她还只剥开了最外的一层，所以只说被夸大了两个数量级（实际上是大约7、8个数量级，这是因为她只看单一反应的物理指标，并没有考虑环境污染、经济性、聚变技术的间歇性、以及设备的耐用性等等议题），但至少Hossenfelder作为一个诚实有良心的学者，稍作涉猎就可以简单看出聚变之不靠谱，值得大家参考。

【后注八，2021/12/08】美国的核聚变发电投资热，其实充满了逻辑矛盾和漏洞，即使完全忽略科学和工程上的问题，光从商业角度也可以明显看出是骗局；这里是一位美国记者刚发表的质疑（参见《The Theranos Trial Shows Why We Should Be Suspicious of Nuclear Fusion》），值得大家参考。

【后注十一，2022/05/20】我曾反复指出，核聚变有多维度难题保证永无实用可能，但其中最明显的，是Tritium的污染性和经济性问题。这里是行内人为了要钱而讨论供给链计划的文章（参见《Nuclear Fusion Is Already Facing a Fuel Crisis》），虽然已经极度委婉，尤其完全不碰污染议题、经济性也只点到而止，但大家还是可以拿来和他们的日常公关稿做对比，特别注意最后一个段落：“不用Tritium的核聚变，难度提升100倍，百年之后才值得讨论”。

【后注十三，2022/09/30】两年前曾经相当轰动的“超高压室温超导”论文刚刚正式撤稿（参见《Stunning room-temperature-superconductor claim is retracted》）；这里是否有学术造假问题，还不能确认，也可能纯粹是做错了分析。然而已经可以拿来提醒大家，即使是《自然》的头条论文也不能尽信。

【后注十四，2023/01/21】刚刚第一次注意到这个Youtube频道（参见《The problems with Helion Energy - a response to Real Engineering》），也是想揭穿核聚变骗局的吹哨人，有兴趣的读者可以去挖掘额外的技术细节。

【后注十五，2023/03/17】这里（参见《隐瞒数月后，美国一核电站承认泄漏150万升放射性污水》）是一篇有关美国核电站泄漏含氚废水的报导，没有详细的技术资料，不过我估计涉及的氚在微克级别；对比核聚变所需的每年几万吨氚，相差大约万亿倍。花几万亿来做万亿倍的污染，正是核聚变忽悠的最离谱之处。

2021-03-27 22:49

关于一处小的信息错误（上一条评论似乎没有发出去）您好，谢谢您的文章。仅指出一个小的信息错误，福岛第一核电站事故应是7级事故。历史上也有一个6级事故，不过知名度很低，完整列表可参见“https://en.wikipedia.org/wiki/International_Nuclear_Event_Scale”。

刚发生的时候，定为第六级，后来升到第七级，但我觉得比起chernobyl还是有差异，而且那个升级主要是日本的事后处理人谋不臧的后果；如果有苏联人员的牺牲奉献精神，不会搞到这么糟糕。因为这里我谈的是事前的风险，事后处理错误的影响并不相干，所以忽略不计。

我并不喜欢视频采访，除了口误难免之外，很多细节只能掠过。读者想要“更正”，不是问题，要是真的口误，可以帮助我完善稿子；若是我有深刻的考虑，也可以趁机解释清楚。

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确实挺好奇所谓铍瓦，热沉积钨的第一壁材料，做成空心的里面加入锂6，生产氚，到底每克成本降低到多少钱了？哪有数据？

搜来搜去只搜到2022年一个国际氚产量不足的新闻：

https://www.sohu.com/a/563209120_260616

节选：

【……

为了增殖氚，人们需要有一个正常工作的聚变反应堆，而第一代核聚变发电站很有可能都没有足够的氚来启动。目前，全球范围内氚的唯一商业来源是19座加拿大氘铀核反应堆（CANDU，又称坎杜反应堆，是一种加压重水反应堆设计），每个反应堆每年产生约0.5公斤氚，但这些核反应堆中的一半将在十年内退役。根据ITER 2018年的推测，可用氚的库存将在十年内达到峰值，之后会随着氚的出售和衰变而稳步下降。目前全球氚的存量约为25公斤。

图一：氚的供应量趋势

雪上加霜的是，一些人认为氚增殖可能无法真正实现。氚增殖从未在聚变反应堆中测试过，而在最近的一次模拟中，加州大学洛杉矶分校的核工程师穆罕默德·阿卜杜（Mohamed Abdou）和他的同事们发现，在最好的情况下，一个能产生净能量的聚变反应堆产生的氚只比其自身燃料所需的氚略多。氚泄漏或反应堆较长时间的停运维护将蚕食掉这一微小的红利。

氚的稀缺并不是聚变反应堆面临的唯一挑战，运营者还必须学会处理等离子体的湍流暴发和中子损伤等问题。但在普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）前工作人员、等离子体物理学家丹尼尔·贾斯比（Daniel Jassby）看来，氚紧缺的问题迫在眉睫。“这对整个核聚变事业来说，可能会是致命的一击。”贾斯比对《科学》表示。

氚的唯一商业来源——CANDU反应堆面临退役

如果没有CANDU反应堆，氘-氚聚变将是一个无法实现的梦想。“对于全球核聚变反应堆而言，最幸运的是可以利用CANDU反应堆产生的副产品氚。”阿卜杜说。

许多核反应堆使用普通水来冷却堆芯，缓和链式反应，减慢中子的速度，使它们更容易引发裂变。但CANDU反应堆使用重水，其中以氘代替氢，因为它吸收的中子较少，能够留下更多的中子用于裂变。但偶尔，氘原子核会捕获一个中子，转化为氚。

如果重水中积聚过多的氚，则可能会发生辐射危害，因此运营商经常将重水送到加拿大安大略发电公司（OPG）进行“降解”。安大略发电公司会过滤掉氚并将其出售，每年的售量约为100克，这些氚主要用作一种医用放射性同位素，或者用于夜光手表表盘和应急标志。

聚变反应堆将大大增加对氚的需求。安大略发电公司的副总裁杰森.范.瓦特（Jason Van Wart）预计，从2030年后，当ITER和其它核聚变初创公司将开始燃烧氚，每年氚的出货量会达到2公斤。

但随着CANDU（其中许多已运行了50年或更长时间）退役，氚的供应量将下降，聚变反应堆的“氚窗”最终可能会砰然关闭。ITER最初计划在2010年左右启动，并在十年内开始燃烧氘-氚。但其启动被推迟到了2025年，并且由于新冠疫情和法国核监管机构要求的安全检查，可能会再次延后。因此，ITER最早可能要到2035年才会燃烧氘-氚，那时氚的供应量将面临枯竭。

根据ITER的预测，一旦ITER在2050年后结束工作，全球将只剩下5公斤或更少的氚。最坏的情况可能是，“在ITER之后，没有足够的氚来满足核聚变反应堆的需求。”欧洲核聚变研究机构（EuroFusion）聚变技术主管詹弗兰科.费德里西（Gianfranco Federici）说。

图二：位于法国的ITER聚变反应堆装置

一些私营公司正在设计更小的聚变反应堆，在运行初期能够使用更少的氚。美国马萨诸塞州的一家初创公司“联邦核聚变系统”（Commonwealth Fusion Systems）表示，它已经为其紧凑型的原型堆和早期示范反应堆确保了氚供应，预计在开发过程中需要不到1公斤的氚。

不过，中国、韩国和美国政府计划的大型试验聚变反应堆中，每个堆每年可能都需要几公斤氚。根据欧洲核聚变研究机构预计，ITER的继任者DEMO还需要更多的氚，DEMO将比ITER大50%，届时其将作为一个示范发电站，为电网提供500兆瓦的电力。

聚变反应堆通常需要大量的氚进行启动，因为聚变只发生在电离气体等离子体最热的部分。这意味着在甜甜圈形状的托卡马克装置（一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器）中，很少的氚被燃烧。研究人员预计，ITER燃烧的氚量不到其注入量的1%；其余的氚将扩散到托卡马克装置的边缘，并被扫入回收系统。

为此，DEMO的设计者正在研究一些方法，来减少启动聚变反应时对氚的需求。一种方法是将冷冻的燃料颗粒发射到反应堆的深度燃烧区，在那里它们将更有效地燃烧。另一种方法是将回收时间缩短到20分钟，利用金属箔作为过滤器快速去除杂质，并将氚直接送回机器中而不是分离它们。

但阿卜杜表示，DEMO的胃口可能仍然很大。他和同事模拟了包括DEMO在内的反应堆中的氘-氚燃料循环，得出结论，仅DEMO就需要5公斤到14公斤的氚才能启动，超过预计该反应堆在2050年后启动时可能获得的氚量。

利用核聚变本身实现氚增殖挑战重重

不过，即使DEMO团队和其它的反应堆设计者能够减少其对氚的需求，如果不能成功实现氚增殖，核聚变也将没有未来。根据阿卜杜的观点，一个年产3吉瓦电的商业核聚变工厂每年将燃烧167公斤氚——这相当于数百个CANDU反应堆的氚产量。

氚增殖的挑战在于，核聚变不能产生足够的中子，这与裂变不同，裂变是链式反应，释放出的中子数量呈指数级增长。在核聚变中，每次氘-氚反应只产生一个中子，形成1个氚原子核。因此，反应堆的增殖系统需要中子倍增材料的帮助，当被1个中子撞击，倍增材料会产生两个中子。工程师计划将锂与倍增材料（如铍或铅）混合在反应堆壁层的“毯子”中。

图三：聚变反应堆使用“增殖毯”的内部结构

ITER将成为第一个试验“增殖毯”的聚变反应堆。测试将包括液体毯（锂和铅的熔融混合物）以及固体“卵石床”（含有锂与铍球混合的陶瓷球）。由于成本削减，ITER将在600平方米的反应堆内部仅铺设4平方米的增殖材料。ITER之后的聚变反应堆将需要覆盖住尽可能多的表面，才有机会满足对氚的需求。

不过，阿卜杜和他的同事们分析发现，以目前的技术，并根据ITER的情况估计，“增殖毯”产生的氚最多只能比反应堆消耗的氚多15%，而这个数字更有可能是5%。

另一个影响氚增殖的因素是反应堆停机时间。当氚增殖停止，但同位素继续衰变。只有当反应堆运行超过50%的时间时，可持续性才能得到保证。

无论是对于像ITER这样的实验反应堆，还是对DEMO这样需要停机进行调整以优化性能的原型堆而言，这样的运行时间都很难保证。阿卜杜说，如果以现有的托卡马克装置为参照，故障发生的间隔时间可能是数小时或数天，维修将需要数月。他说，未来的聚变反应堆可能很难运行超过5%的时间。

此外，为了使氚增值具有可持续性，运营者还需要控制氚泄漏。氚会通过微小的间隙从反应堆的金属反应堆壁逸出。阿卜杜的分析假设损失率为0.1%。但贾斯比认为不止如此，当氚经过复杂的反应堆和后处理系统时，“想想它会去的所有地方。” 贾斯比说。

聚变反应堆放弃氚燃料可以吗？

在这样的情况下，有两家核聚变私营公司决定干脆放弃氚燃料。

位于美国加州的初创公司“三氦能源科技”（TAE Technologies）计划使用普通氢和硼，而位于美国华盛顿州初创公司“氦核”（Helion）则将融合氘和氦-3——一种稀有的氦同位素。这些反应需要比氘-氚更高的温度，但两家公司认为，为了避免氚带来的麻烦，这是值得付出的代价。

这些替代性的聚变反应堆还有附加的吸引力，那就是产生更少的、甚至不产生中子，这避免了氘-氚聚变造成的材料损伤和放射性。 TAE公司的首席执行官米歇尔·宾德鲍（Michl Binderbauer）说，在没有中子的情况下，TAE公司的反应器（粒子束稳定旋转的等离子体环）能够维持40年。但这种模式的反应堆主要的挑战来自于温度：氘-氚聚变需要1.5亿摄氏度，而普通氢和硼则需要10亿摄氏度。

Helion公司的燃料是氚和氦-3，燃烧温度为2亿摄氏度，它使用类似于TAE的等离子体环，但要经过磁场压缩。不过，氦-3虽然稳定，但几乎和氚一样稀有，并难以获得。它的大多数商业来源依赖于氚的衰变。Helion的首席执行官大卫.科特里（David Kirtley ）表示，通过在燃料混合物中加入额外的氘，可以发生氘-氘聚变反应，从而产生氦-3。

尽管如此，传统氘-氚聚变倡导者认为，通过建造更多的裂变反应堆，可以扩大氚的供应。目前，一些拥有核武器的国家专门建造或改装了商业核反应堆，建立了自己的氚库存。美国能源部在20世纪80年代和90年代为普林斯顿等离子体物理实验室提供了氚，当时该实验室有一个氘-氚燃烧反应堆。但费德里西并不认为该机构或世界各地的军队会参与销售氚的业务。“氚的国防储备不太可能被分享，”他说。

或者也许，世界可以看到CANDU技术的复兴。韩国有四座CANDU反应堆和一座提取氚的工厂，但没有进行商业销售。罗马尼亚有两个，并且正在建设一个氚设施。中国有几个CANDU反应堆。他们可以通过在堆芯中添加锂棒，或用锂掺杂重水慢化剂来增加氚的产量。不过这种做法可能会损害反应堆的安全性，并且氚本身也具有危险。

在核聚变几十年的研究中，等离子体物理学家一心一意地追求着对聚变反应堆Q值的突破，希望反应堆能产生多余的能量。贾斯比说，他们认为其它问题，例如获得足够的氚，只是“微不足道”的工程。但随着反应堆离临界值越来越近，是时候开始担心远非微不足道的工程细节了。“把问题拖到以后只会大错特错。”阿卜杜说。】

类似的新闻还有美军维持氢弹有效性的氚产能不足（2017年的）~~

https://www.sohu.com/a/136130282_610290

这么说凤凰卫视中文网里锵锵三人行的窦文涛说的，有人怀疑俄罗斯经济不好，70%的氢弹类核武器缺乏维护可能已经失灵的说法，也许是有道理的？