世界太吵,来原声听播客

张小珺·商业访谈录

聚变真正的原料不是氘氚,是氘氘

氘氚路线要边发电边造氚,监管和成本都高;氘氘不涉氚,才是规模化商业电站的前提,但三乘积要从21次方再上一个数量级。

可控核聚变高温超导硬科技创业能源技术路线
三小时里最值钱的是成本账和技术路线取舍:为什么高温超导能把装置缩到2%、为什么氘氘才是终点。科普段落可快进。

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14:15

高温超导把装置缩到2%

低温超导的临界磁场有限,装置必须做得极大才能拿到足够能量增益,结果是建造周期长、成本极高,度电成本可能是火电的100倍以上。高温超导的临界磁场至少高一倍,同样能量增益下装置体积可缩小两个数量级,造价也大约缩小两个数量级。杨钊给出的定量关系是:三乘积正比于磁场的3.5次方、正比于装置线性尺寸的2.5次方,磁场提高一倍,线性尺寸可缩到30%左右,体积就是30%的三次方,约2%。

— 杨钊
30:17

洪荒70是全世界第一艘钢船

高温超导托卡马克此前一直只是想法,直到2024年洪荒70建成,才第一次在完整装置级别验证工程可行。杨钊的比喻是:过去所有船都用木头造,你说要造航母必须用钢,但没人用钢造过船;换了主体材料,焊接、除锈、船体设计全部要重来,而且下水前没人能保证不漏水。洪荒70不是高参数装置,三乘积只有17次方,比21次方差4个数量级,跟Q值没关系,它验证的是所有系统能按设计联合运行、点亮等离子体。

— 杨钊
1:21:10

经天磁体把大孔径磁场推到21.7特斯拉

大孔径磁体难在中间要留米级别的洞放包层等设备,而多数高磁场磁体只有毫米或厘米孔径。孔径变大后,受力、发热、电流密度三个参数要同时压到极限:安培力等于磁场乘电流,加结构材料扛力会挤掉工程电流密度,而电流密度越高截面越小、装置才能越小。接近22特斯拉时单股电流20多千安,一纳欧电阻就有接近一瓦发热,总发热要控制在百瓦级,接头等环节电阻得压到100纳欧量级。此前纪录是MIT和CFS在21年底做的TFMC,20特斯拉刚过,经天磁体做到21.7。

— 杨钊
1:33:06

先造1.2亿的70,才敢碰30亿的170

洪荒170造价约30亿人民币,杨钊说几年前四个人、没干过托卡马克的团队几乎不可能拿到这笔钱,也没信心直接建全世界最高参数的装置。所以先做参数低的洪荒70,造价预算1.5亿、实际花了约1.2亿,证明团队有系统工程能力。70最高磁场3.1特斯拉,170最高23特斯拉,接近10倍变化,鸿沟在于每个子系统参数都变高。策略是把整机风险拆成子系统风险:物理设计沿用30年前ITER的保守方法,只要工程参数达标,等离子体性能概率很大;再用每个子系统的首个样件验证,比如经天磁体就是170环向场磁体的验证件。

— 杨钊
1:39:11

380的目标是每千瓦4到5万人民币

洪荒380按完整能长时间运行的示范电站要求做,尺寸比170线性大一倍、体积约大10倍,磁场从23特斯拉提到29特斯拉左右。杨钊给出的目标是售价做到每千瓦4万到5万人民币,对500兆瓦装置就是200到250亿人民币量级,单纯成本估计100到200亿之间。对标物是国内新建第四代裂变高温气冷堆,也是每千瓦4到5万人民币。逻辑是聚变原料无放射性、产物无长时间放射性,造价持平时对核电业主就有吸引力。团队内部真正需要筹的钱主要是把170建起来,约30亿。

— 杨钊
1:41:15

Helion 的路线科学风险很高

Helion 也是磁约束,但磁场位形是直线型的长反位形(FRC),不是甜甜圈。杨钊说公开学术资料里最高参数的长反位形装置三乘积大概17次方、可能还没到18次方,离21次方差4个数量级。他的比喻是:只有0到10米的飞行实验数据,却要外推到万米高空设计一架飞机,你可能根本意识不到空气变稀薄、气温变低,外推三个数量级设计出来的东西可能飞不起来。17次方到21次方之间会不会涌现新的物理过程、让外推设计失效,答案都不确定,所以他认为这类问题更适合科研院所和大学去做。

— 杨钊
1:56:40

氘氚要造氚工厂,氘氘才是终点

杨钊认为真正聚变商业化的原料是氘氘而不是氘氚。氚管制强、能造氢弹,监管和成本都高,而且自然界不能稳定存在,必须边发电边产氚:用聚变中子打锂6产生氚,要求氚增殖率大于1,消耗一个要产生大于一个,再收集送回装置,这就是氚工厂。氘在海水里够人类用百亿年,不涉氚就不需要氚工厂,监管、承压、安全成本都低。代价是氘氘反应比氘氚难一个数量级:现在做到21次方是氘氚的事,氘氘大概要做到22次方。

— 杨钊
2:01:38

第一台Q大于10的装置就是聚变的 ChatGPT 时刻

杨钊说第一台示范电站做到四五毛钱一度电时还是比火电贵,但已经快到拐点,因为大家能肉眼预测规模化后成本远低,需求会涌出来。他认为更早的拐点是全世界建成第一台Q大于等于10、成本跟火电差不多的装置,类似 ChatGPT 对 AI 领域的影响:ChatGPT 出现前人们只把 AI 当图像识别、语音识别这类工具,出现后虽然还没实现通用人工智能,但让很多人产生共识,通用人工智能未来会实现。聚变领域的这个共识,他认为大概就是 Spark 或洪荒170建成的时候形成。

— 杨钊

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在同样的性能的情况下 比如说同样的营量增益的条件下 我可以将装置的体积缩小两个数量级 其实也就意味着 其实你的建造的成本大约缩小了两个数量级

在同样性能、同样能量增益的条件下,我可以把装置体积缩小两个数量级,也就意味着建造成本大约缩小两个数量级。

杨钊14:15

就是你每一个环节 都在不断的出问题 而且你越接近食物状态 你的问题越大 问题越多

每一个环节都在不断出问题,而且你越接近实物状态,问题越大、问题越多。

杨钊1:07:33

就比如说我现在要造一架飞机 我现在有0到10米的飞行的实验数据 然后我用这个实验数据 我外推到万米高空 我去设计一架飞机

比如我现在要造一架飞机,手上只有0到10米的飞行实验数据,却要用它外推到万米高空去设计一架飞机。

杨钊1:42:17

它是一个解一定存在的工程问题 对 这是我们的一个基本判断

它是一个解一定存在的工程问题,这是我们的一个基本判断。

杨钊2:28:04

数字与实体

洪荒70三乘积约10的17次方1:14:57
洪荒70最高磁场3.1特斯拉1:34:06
洪荒170最高磁场23特斯拉1:34:06
经天磁体磁场21.7特斯拉1:21:10
洪荒70实际造价约1.2亿人民币1:33:06
洪荒170造价约30亿人民币1:33:06
洪荒380目标售价每千瓦4万到5万人民币1:39:11
聚变领域总融资额接近60亿美金1:52:32
国内聚变创业公司数量不到10家1:52:32

术语

Q值能量增益
输出功率除以输入功率,等于1是盈亏平衡,电站设计一般要5到30。
三乘积密度×温度×约束时间
决定能量增益的物理参数,达到10的21次方量级Q约等于1。
托卡马克Tokamak
用甜甜圈形磁场位形约束等离子体的磁约束路线,全球已建100台以上。
高温超导HTS
临界磁场比低温超导高一倍以上的二代超导材料,2015年后才实现工业量产。
FRC长反位形
直线型磁场位形的磁约束路线,Helion 采用,公开最高三乘积约17次方。

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