聚变还要多少年？（2）他山之石

我国磁约束聚变能源的路线图，简单说就是：

1）2030年代开始中国聚变工程试验堆（CFETR： China Fusion Engineering Test Reactor）建设；

2）2050年代建成磁约束聚变堆“原型电站”（Prototype Plant）。

这个规划受到两方面的质疑：

（1）   为什么不等ITER？

（2）   美国人为什么不做？

上篇的结论：我们早就需要有一个 TFTR/JET/JT60 之后、 ITER之前的装置来挑战breakeven（Q = 1）！这个“装置”必须是“堆”（Reactor）!  就是回答第一个问题的：等ITER很可能就继续蹉跎下去了。

至于第二个问题，在今年之前还是要费一番口舌的。现在不需要了。因为美国刚刚修改了自己的磁约束聚变能源路线图，比我们的更“激进”。

其实在这之前，ITER主要伙伴（除了美、俄）都分别公布了国家层面的、和中国差不多的路线图（当然，真正开始实实在在动手做的目前只有中国）。但是，即使在美国，一些企业也夸下了“十年、十五年实现聚变发电”的海口。

当然，美国这些企业考下的海口很多是不靠谱的（可以参考笔者3年前的博客：聚变之路谁先行？（1）和以后各篇）。比如最早引起轰动的Skunk Works （洛马的臭鼬工厂）2014年宣称的：1）做一个卡车装得下的堆；2）5年实现聚变；3）10年聚变发电 —— 前面的1）和2）两个牛皮已经吹爆了（5年早已过去了），后面的牛皮显然也没戏（6年半了，他们现在达到的参数比实现聚变点火的Lawson判据还要低2-3个数量级，还不如我们大学里的研究装置，更不要说聚变堆了）。但是MIT计划做的“堆”（不是研究装置）SPARC的设计已经完成。笔者写的博客“聚变之路谁先行？（2）”中说的三条，至少第一条“新的技术路线——高温超导紧凑型托卡马克”还是相当靠谱的。在强磁场约束下，SPARC的线度比ITER小了几倍，体积小差不多两个数量级！磁约束、磁约束，关键就是磁场。同样无量纲参数下等离子体压强与磁感应强度的平方成正比。原理上，磁场增加一倍，装置的线度就可以缩小成原来的1/4，体积就是4^-3，即1/64，差不多两个数量级。这就是笔者说的：“磁约束，顾名思义就是用更强的磁场造出更结实的“磁笼子”，“关”（约束）住更热、更多的等离子体。低温超导体受到临界磁场的限制，得到的磁场强度大约在10 tesla左右。国内正在研制铌三铝超导材料可以实现大于10 tesla的强磁场，但是也高不了太多。而用高温超导体可以实现大于20 tesla的强磁场。因为（力学平衡意义上的）磁约束能力与磁场强度的平方成正比，所以在这样的强磁场下，前面说的压强梯度产生的广义力和不稳定性可以很容易被抑制。在紧凑型装置上达到Lawson判据、实现聚变点火将不再是Skunk Works说的那种空中楼阁，而成为切实可行的方案。”

这确实是“一个 TFTR/JET/JT60 之后、 ITER之前可以挑战breakeven（Q = 1）的装置”。也是可以演示发电的“堆”。

但是问题在于笔者后面的一段话：对于聚变能源来说，“包层、氚工厂、和其它辅助系统仍是必不可缺的。”SPARC和JET、TFTR一样，只做氘氚聚变实验（但目标是达到Q>1；JET达到的最高能量增益是Q = 0.6），没有产氚包层和氚工厂的设计，不能持续发电。

所以还是没有全面回答第二个问题。

但今年刚开年，事情发生了根本变化：美国人提出了国家层面的、比中国更激进的磁约束聚变能源发展路线图。

（待续）