开讲啦吕广宏演讲稿:聚变未来,你也可以是钢铁侠!

一、行星发动机真的能够推动地球离开太阳系吗?是什么能源为它提供动力?

各位同学大家好,非常高兴有机会能够来到《开讲啦》这样一个讲台。《流浪地球》这部电影,刚才小撒已经说了非常地热。热到什么程度呢?可能跟聚变之火一样热了。这部电影它是非常震撼的,大家看到很多这样的镜头,比如地下城,坐电梯下去。比如说运载车,说什么“道路千万条,安全第一条”是吧。但是说真的,最令我震撼的就是那行星发动机。上万个行星发动机推动地球离开太阳系。这是一个多么宏伟的气势,真是令人震撼,令人感动。

那么大家非常热烈讨论,这个行星发动机真的能够推动地球离开太阳系吗?什么样的能源能够为这个行星发动机提供动力呢?咱们地球上现有的传统能源、化学能源是无法满足这个要求的。为什么呢?我们可以做个简单的计算,我要想推动这个地球,你需要多大的能量呢?10的33次方焦耳。好多个零是吧?它相当于我们要燃烧10的23次方吨的标准煤。还是没概念,还这么多零是吧 ?再给大家说。这么多吨的标准煤,比地球的重量还要大几个量级。什么意思呢?我们烧掉了这个地球,也满足不了这个要求。那么就问大家了,什么样的能源能满足这样的要求呢?聚变能源。所以咱们行星发动机里边的燃料是什么?烧石头。同学们,烧石头产生重元素的聚变就能满足我们行星发动机的动力要求。

二、什么是聚变?聚变能源的意义是什么?

那么说起聚变,大家可能会觉得非常陌生,觉得离我们非常遥远,都是在科幻作品中才能出现。实际上聚变能源离我们非常接近,就在我们身边,每天和我们亲密接触。为什么呢?太阳就在无时无刻地进行着核聚变,向我们发射着光和热。多重要,没有了太阳,生活将会怎样?所以它非常重要。不知道大家有没有听过一首儿童歌曲叫作《种太阳》,里边有一句歌词:“我有一个美丽的愿望,长大以后能播种太阳”。其实这就是我们所有做聚变的同志们共同的梦想,就是在我们地球上建造一个人造的“太阳”。

那我们要想在地球上建造一个“人造太阳”,首先我们得了解什么是聚变?聚变就是把质量小的原子聚合在一起,生成质量大的原子,然后放出能量的这一个过程。那么聚变反应有的困难,有的容易。什么样是困难的聚变反应?就咱们《流浪地球》里边,行星发动机里边的重元素聚变,那是相当困难的,我们现在想都不敢想。那么最容易的聚变反应是什么呢?就是氘和氚。氘和氚反应,生成氦。氦是一个惰性气体元素,不愿意和别人发生反应。那么中子,就原子核里边一个粒子。这个能量非常高,14.1 MeV,就这么一个反应叫作聚变反应。这是一个最简单的聚变反应。

三、聚变是一个取之不尽,用之不竭的能源,足够让我们使用到地老天荒。

大家可能会问,聚变能源是一个什么样的能源呢?为什么它就能用在行星发动机上呢?我告诉大家,聚变能源它的特点四个字——充足,高效。

充足到什么程度呢?聚变的原料是氘,氘在海水里边含量非常非常地丰富。丰富到什么程度呢?1升的海水里边含有0.03克的氘。那么地球上所有的海水里边含氘量是多少呢?45万亿吨。那么这个够人类生存多少年呢?几百亿年。这是个什么概念?太阳的寿命可能就一百多亿年,所以聚变的能源足够我们使用到地老天荒。除了充足,还有高效。1克的氘氚反应能产生多少度电呢?10万度电。10万度电是个什么概念呢?大家知不知道我们一个家庭,一般三口之家,一天的用电量是多少呢?我相信大家都不会知道,肯定在你家不交电费,我也不知道,我也问的我爱人,我说到底我们家用多少度电?她说一天基本上10度电左右。那么一天10度,一个月就是300度,一年12个月,3600度。10万度电够使用多少年?算一下,28年,这可是1克的量。如果是1000克,那就是28000年 。所以聚变是一个取之不尽,用之不竭的这么一个能源。

四、人人都是钢铁侠,家家都有发电站?

正因为聚变有充足、高效的特点,所以聚变就是科幻小说里边的常客。电影《钢铁侠》,钢铁侠胸口那个亮晶晶的东西,其实就是一个小型聚变反应堆。包括《三体》、《星际穿越》等等,这里边都有聚变的身影,而且聚变都起到非常重要的作用。我想将来如果有聚变的核电池,那么我们所有的手机、电子设备都不需要充电就可以无限续航,也不需要用充电宝。同时聚变还可以为我们提供星际远航的动力,将来我们想要去哪个星球玩一下,那就跟我们现在环球旅行一模一样,多好的未来!

所以我们组里边同学开玩笑地写了几句打油诗:真正的聚变能源实现的时候,人人都是钢铁侠,家家都有发电站,地球处处温馨和平。所以现在问一下大家觉得聚变能源实现之后,这前景美不美好?但是我这里要告诉大家。仰望星空固然美丽,脚踏实地更加重要。你得做,不做怎么行呢?整天在这儿想,幸福生活是等不来的,幸福是靠奋斗出来的。

五、探索聚变之路,要先学会提出问题。

我2006年从美国到北航工作。那时候我对聚变知之甚少,就和刚才大家进来那个状态我估计应该是一样的。但是2006年的时候,我们北航获批了一个国际会议的主办权。什么会议呢?叫第九届固体辐照效应计算机模拟的一个国际会议。这样的会议是第一次在中国举办,当时会议主席是王天民老师,老先生他相当于是我的师叔。因为我是日本东京大学毕业的,我的导师叫山本良一,他俩是师兄弟。我是因为王老师才到北航的,王老师告诉我,你得负责具体操作组织这个国际会议。正因为组织这个会,我就结识了很多从事聚变和核能方面的一些同志们。有国内的,有国外的。从此就踏上了聚变之路,而且这条路一走就是12年。

当时我们做这个工作的时候,就得找问题。实际上我觉得提出问题比分析问题,解决问题更重要。如何提出问题?当时我们怎么分析的呢?聚变装置你可以怎么理解呢,它叫“人造太阳”,就是我们把“太阳”拿到地球上,给它穿件衣服,这个就是我们的聚变装置。所以大家可以想象,我们这样的聚变装置里边,有可能会存在哪些问题呢?

六、为了给“人造太阳”做一件“衣服”,我们从未放弃。

一类就是里边这个“太阳”,就是燃料的稳定运行,这样一个问题。我们要把它加热到上亿度的高温。大家听到这个温度,就知道聚变反应会有多么难。那么第二个问题是什么呢?就外边的材料,穿件衣服,就这衣服也得保持住才行。这样才能保证我这个聚变装置稳定运行。但这些材料大家可以想想,它的条件肯定是非常苛刻。我这个衣服的工作状态,一定是不高兴的,一定是不舒服的。为什么呀?你想想中间包个“太阳”,它能舒服吗?那么怎么把这衣服做好?就得把这个材料,把这衣服拿来,放在这个聚变条件下、极端条件下,让它感觉,到底这材料变成什么样。比如我开发一种新的材料,这衣服特别好,我得把它拿来试一试,是吧。原来老话说,是骡子是马拿出来溜溜看。具体怎么做?在实验室里边来模拟聚变堆里边,也就是这颗“人造太阳”里边的条件,真正看看衣服会成什么样的。

那么告诉大家,我们确实建造了国内第一台的这样一个实验模拟的装置,我们把它叫作直线等离子体装置。从2007年开始一直到2010年开始建设,在合肥,一直到2014年建成。前后从设计开始,花费了七年的时间。有的同学可能会问,你们不行吧?建了一个设备花了七年的时间。其实不是这样的,我告诉大家。这个设备它是一种非标的设备。什么叫非标的设备?就你买不到的。我们很多设备,扫描电镜、透射电镜,我可以跟那厂家说定制一个设备,他就给你做好拿过来了,不用你做任何事情。但我们要的这个设备没有,我们得参照国外的设备来做,所以非常困难,中间遇见了很多很多的困难,很多挫折。

为什么要做这样的装置呢?第一是需要。不需要我们就不会干了。第二,美国、日本、荷兰他们都有这样的设备,咱没有。不知道同学们会不会理解,这个设备我们没有但国外却有,是一个什么样的感觉。假设我们要做个实验,我们把这个样品跟国外说,我们要做个实验,他会告诉你一个月之后。一个月之后,甚至半年之后,甚至一年之后,甚至说我们现在不能做。你怎么办 ?所以我们一定得有自己的装置。如果我们有了自己的装置,想做什么实验就做什么实验,想做多长时间就做多长时间,这些都是咱们自己说的算。

七、聚变是一件功在当代,利在千秋的大事。

实际上,我们做的工作都是非常平凡的工作。科学上有重要的发现固然非常重要,也令你非常激动,但这些平凡的工作实际上也是非常重要的。比如说我们做中子辐照模拟数据库的建设。比如我们在做辐照实验的时候,要进行大量的辐照实验来做数据积累。这些都不一定发表文章,也不一定被报道。但是这些平凡的工作都是为聚变作贡献。所以我觉得每一行平凡的代码,每一个平凡的实验,都是在为聚变事业添砖加瓦。

聚变,英文就叫fusion。就是聚合、凝聚、合作的意思。所以聚变一定要合作。现在聚变经过了几十年的努力,有7个国家和地区,一起共同建设一个叫ITER,国际热核聚变实验堆。七国家地区都包括欧盟整体参与,美国、俄罗斯、韩国、日本、印度和中国。大家可以看到,囊括了咱们世界上主要的国家和绝大部分的人口。它投入是108亿欧元。大家可以看看这装置有多大呀。看那边有个小人吗?右手,那人的大小就那么大。所以大约是接近30米乘30米见方的这么一个东西。ITER计划是仅次于人类空间站的第二大的国际合作计划。

中国现在也在建设自己的聚变工程实验堆,这个叫中国聚变工程实验堆,叫CFETR。大家看那形状,大鹏展翅。这个设计就是展现我们聚变的进步和中华民族的腾飞,是一个非常漂亮的设计。

实际上国家已经成立了中国聚变工程实验堆的总体设计组,现在已经进入到工程设计的阶段,我们计划是在本世纪的30年代建成并且运行这个CFETR。其实每个国家都有自己的聚变工程实验堆的设计。中国因为现在经济发展特别快,国力显著增强,大家都普遍认为这样的聚变工程实验堆,最有可能在中国率先建成。

ITER投入100亿人民币,咱们CFETR将来建设也要投入几百亿的规模。大家会不会觉得投入太多了呢?投入到聚变这么多钱,到底值不值得呢?这个问题有很多人在问。还有就是现有的能源我们还能使用200年到300年,我们是不是不值得做聚变了呢?是不是跟我们在座各位都没有关系了呢?其实不是这样的。我要告诉大家,聚变这个事是和我们的子孙后代紧密相关,那么和我们人类的未来紧密相关。所以我觉得聚变,它是一个功在当代,利在千秋的一件大事。

八、建“人造太阳”是每个聚变人的梦想!终有一天,科幻作品中的美好畅想都会实现!

那么我总是和我们的同学们说,我们要有梦想,要有追求,要有担当,要有情怀。我们经常说的一句话,是要有气质,要有点闪光的东西。我在这里非常愿意跟大家分享一个我们组的最年轻的团队成员,一个大学三年级的同学的故事。这个故事从哪儿说起呢?2017年,我在北航的沙河校区讲一堂课。讲的什么呢?“人造太阳”。过了好几天,岁月静好,突然有一天晚上,我收到了一个邮件。邮件里他说,几年前,我就有成为一名核科学家的梦想,一直以来对可控核聚变领域非常向往。那天与您交谈过后,我自己又考虑了良久,最终决定重新追逐起自己曾经的梦想。我看完这封邮件之后,心情特别激动,我从这位同学身上看到了我们聚变未来的希望。

让我们为了聚变事业的最终实现,为我们人类的生活越来越美好而共同努力。我相信终有一天,那些科幻作品中,所有的美好的畅想都会实现。谢谢大家。

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