可控核聚变的难度

　　《论可控核聚变实现的难度》

　　如果要说最大的难点，也是所有可控核聚变研究共同的难点，我想只有一个，那就是：如何实现真正的输出大于输入。其实这一点也应当是这项研究最基本的工程目标，只有在达到这个目标之后，我们一切的讨论才有了意义。

　　究竟是什么原因导致了我们至今无法实现这个目标呢？

　　答案就是材料，数学工具，中级人工智能。

　　商业聚变堆第一壁的工作的温度在1000℃以上，等离子体破灭的一瞬间更是能达到2000~3000℃，钢材、铜材这样的低熔点材料直接就pass掉了。另外，第一壁的任务是把热能导出去，熔点高但导热性不行的陶瓷材料基本上也被毙掉了。目前比较有希望的候选材料金属钨的熔点为3400℃。但钨还存在塑性较差的缺点，在离子体破灭的热冲击下，热应力往往会使得材料表面开裂。

　　中子轰击下，许多元素都会发生核反应，嬗变成其他核素。有些核素是不稳定的，会进一步衰变持续放出辐射。这样一来聚变反应无辐射污染产物的优势就没有了，因此用作第一壁的材料都是低活化材料，也就是嬗变后依然稳定不衰变的元素。

　　例如，一开始人们拟用金属钼作为第一壁材料，后来发现嬗变产物有辐射太难处理，现在都在逐步换成金属钨。

　　磁约束的边界并不是理想的，第一壁（特别是偏滤器装甲）依然要承受高通量的氘/氚/氦等离子体冲击。这些等离子体轰入材料内部后会在表面聚集，引起表面起泡、脱落（如下图）。一方面破坏材料的表面完整性，另一方面脱落下来的碎片进入等离子体也会造成等离子体破灭。

　　每个氘氚聚变都会产生一个14MeV能量的中子，这些高能中子能轻易击碎第一壁材料中的金属键，产生大量缺陷，引起辐照肿胀、脆化、蠕变等问题，使得材料完全没法使用。

　　商业聚变堆役期中第一壁中子剂量预计超过100dpa（每个原子被撞离正常位置的平均次数），而裂变堆的剂量在1dpa量级，因此现有的裂变堆材料很难直接拿到聚变堆中使用。

　　所以材料方面概括起来就是要具备抗中子辐照能力，抗等离子体辐照，低活化，耐高温，耐热冲击。

　　数学工具是指NS方程。

　　NS方程是纳维尔－斯托克斯方程的简称。NS是（Navier-Stokes  equations）的缩写。是一组描述像液体和空气这样的流体物质的方程。这些方程建立了流体的粒子动量的改变率（力）和作用在液体内部的压力的变化和耗散粘滞力（类似于摩擦力）以及重力之间的关系。这些粘滞力产生于分子的相互作用，能告诉我们液体有多粘。这样，纳维-斯托克斯方程描述作用于液体任意给定区域的力的动态平衡。

　　纳维－斯托克斯方程在大多数实际情况下是非线性的偏微分方程。在某些情况下，一维流和斯托克斯流（或蠕动流）方程可以简化为线性方程组。非线性使得很多的问题很难或者没法解决，但是它却是动荡方程组模型的重要影响因素。非线性是由于对流加速（与点速度变化相关联的加速度），因此，任何对流无论湍流与否都会涉及非线性。

　　然而非线性问题极难求解。（按照原本陆辰世界的发展轨迹，克雷数学学院于2000年5月21日设立了一个1，000，000美元的大奖，奖励任何对于能够帮助理解这一现象的数学理论作出实质性进展的任何人）。

　　（这个问题的解决直到三体危机来了之后全球集合力量攻关可控核聚变时，才被丁仪等世界最顶级的物理学家和数学家联合起来花费了5年时间解决。）

　　（而当时的时间线，已经是2020年左右了。）

　　中级人工智能指的是控制系统需要达到中级人工智能的级别。这个级别的人工智能，除了不具备情感，已经和人类没有任何区别。

　　当然相比前两者，这个东西显然不是决定性的，我们的投入可以小一点不过依旧不能因此小瞧它。

　　工欲善其事必先利其器，事倍功半不好吗？

　　综上所述，如果不横加干预，靠人类社会发展自己完成，不说沧海桑田那也是猴年马月。

　　陆辰

　　——1996年4月5日

　　现在看来，NS方程因为已经被解决了，所以不算困难，整个进度一下子提升了三分之一。

　　材料这个玩意的话，自己当初也是亲自参加的可控核聚变的研究，基本上流程和工艺烂熟于心，所以自然由理论问题变成了工程问题。

　　只是实现这个材料所需的工程水平暂时地球还不具备。

　　所以自己需要带领大伙解决这个工程水平的痛点，这将是计划的重点。

　　中级人工智能不是什么难事，这个最简单，小爱随便复制个程序就OK了。

　　情况乐观的话，五年完成吧！

　　虽然站在宇宙的高度来讲，五年不算什么，但是眼下饕餮要入侵，五年也够长了。

　　不过，平心而论，现在饭已经算是从一口一口吃变成端着锅直接往嘴里倒了。

　　加速实现可控核聚变带来的社会问题只会更多，可是人类现在已经没有时间管这些了，尽量通过政府调节吧，实在不行也顾不上了。

　　就算没有黑暗森林，生存也是文明的第一需要。

　　留得青山在，不怕没柴烧。

　　


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