這個周末刷了筆者朋友圈的新聞是MIT宣布新的聚變實驗堆計劃。基本內容有幾條：
1. 可望15年建成世界第一個聚變電站；
2. 已經獲得5000萬美元投資；
3. 技術路線主要創新點是采用高溫超導線圈維持更強磁約束。
馬上《知識分子》轉發了新聞，并配了很引人注目（或者用時下時髦的說法：吸引眼球）的標題：核聚變能源或15年內到來。
記得上次“聚變熱”是2014年Skunk Works的一個團隊宣稱他們：1）做一個卡車裝得下的堆，2）5年實現聚變；3）10年聚變發電。
4年過去了，根據Skunk Works去年十月底在Milwaukee展示的最新結果，他們的“緊湊型”聚變裝置還處于研究階段，參數比世界上大多數托卡馬克（包括國內的幾個）還低很多。他們的聚變之路似乎更是遙遙無期。。。
上次“聚變熱”興起之時，很多人信，根據有兩條：1、他們的美國人；2、他們是Skunk Works。不止一個人對我說：他們是Skunk Works耶！似乎這是非常有力的依據。但沒有一條原因是關于科學依據和技術路線的。
我的回答是——具體分析：
1. 不管多么“緊湊”，Lawson判據是要達到的，溫度大約10keV，密度大約10^20 m^-3是一定要有的。堆芯這么高的溫度密度，到第一壁幾乎降到零，會產生很大的溫度、密度梯度（壓強梯度）。物理量的梯度（加個負號）就是廣義力，這么強的廣義力必然帶來非常強的不穩定性。所以要實現聚變（而不是僅僅做等離子體物理研究），堆芯等離子體的尺度不能太小了。
2. 即使我們不考慮堆芯的尺度（先假定這個小尺度、緊湊型也能點火），還有一個回避不了的問題就是能量包層。
我們知道，聚變產生的能量不是電，而是中子（占80%）和alpha粒子（占20%）的動能。alpha粒子因為帶電，會被約束在等離子體里，其能量可以用來繼續加熱等離子體。所以可以用來發電的只有中子能量。但是中子是電中性，不能直接用來發電，只能用中子碰撞截面比較大的物質（比如鉛）做成“墻”來“阻止”中子（就如核實驗室外邊用鉛壁或者混凝土墻來屏蔽中子），使得中子在這面“墻”里減速直到完全停止，把動能變成熱能；再用冷卻水把熱帶走發電。這面“墻”——即能量包層，顯然要厚達幾米（包括支撐結構等）、360度全面包裹（聚變中子顯然是各向同性的）。加上龐大的冷卻系統，再小巧玲瓏的“緊湊型”裝置，也變成臃腫不堪的大胖子了。
3. 事情還沒完。這個能量包層還必須有產氚功能（所以應該叫產氚—能量包層）。
自然界里的氚都是要衰變的，所以氘氚聚變需要的氚要人工生產。目前世界氚產量只不過以千克計算，還不夠一個GW級聚變電站（每天燒1.7千克）燒一周的。所以要聚變裝置自己產氚。辦法是用中子轟擊鋰。一個氚原子與一個氘原子聚變、產生一個中子；這個中子打到鋰上，產生一個氚；再把這個氚放回到反應堆，完成一個氚循環。這就是氚自持。所以包層里還要放上鋰，實現產氚功能。這使得包層的體積又增大不少。
但是包層都要有結構、有接縫，不可能包覆所有中子；而且中子和鋰的反應截面有限，不可能都發生產氚反應。所以要在包層里做鈹床、放置大量的鈹小球。一個聚變中子打到鈹小球上可能會打出兩個中子（能量低一些，與鋰反應截面更大），實現中子增值——氚增值。所以包層的體積又不知要增大多少。
現在卡車已經裝不下了！一個籃球場能裝下就不錯了。
4. 還有用于初始點火的加熱系統、監測等離子體運行的診斷系統，。。。，每個占地面積都不比堆芯小。
5. 然后還有氚工廠：中子與鋰反應得到的氚還留在包層里，要提取出來，再送回去；排灰的時候帶出來的氚（前面博文說過，氦灰比氚約束得還要好）也要經過萃取送回去。這個占地面積遠比上面加起來還要大。
現在半個足球場可能都裝不下。
6. 最后還有電源系統、超導低溫系統、再加上發電機組。
一個足球場大小差不多吧。
對Portable的動力需求來說，只適合放在航母上。
做了上述分析后，一句話：Skunk Works就是忽悠。
果然就是。在APS上問他們包層的事情，他們回答是：我們說的就是堆芯這一塊。
。。。
所以，Skunk的卡車堆顯然是忽悠了。第二點，5年實現聚變，現在4年過去了，離Lawson判據比咱們家里的托卡馬克還遠。不妨再等一年。10年發電那個目標也可以等，還剩下6年嘛，彈指一揮間。
那么MIT這回宣布的計劃呢？
