某位商普up的气量未免太过狭窄

简单解释一下“商普”：很简单，就是“商业科普”的意思

最近有一个自称“@酷玩实验室”的up主，给一个所谓的“商业聚变研究项目”做了一期“科普”视频：https://www.bilibili.com/video/BV12P411a77b

本人深感其中有多处谬误，遂做出如下评论：

有几个事实要澄清一下~

1、up提到：“一年只需84吨的聚变燃料，就可满足全人类”，这显然是大错特错~

事实上，仅氘氚聚变所需的锂6来说，仅为了在最终的数值上达到与全球发电量相当，其一年的消耗量就高达上千吨

造成这种巨大误差的原因，是up的计算过程出现了明显的错误：

首先，如果用发电功率和质能方程来计算亏损掉的质量，那就应该取到足够多的位数，否则极易产生明显的误差

如10^12焦耳/c^2=0.011111...克，如果取为0.0111克，则对应的氘氚混合物的质量就是3克了，故视频所说的2.7克是明显偏小的（表面上看起来差别不大，但因为这个质量在后续的计算中涉及一系列的乘法运算，所以误差会被明显放大）

其次，up所用的“10^12瓦”仅为全球发电总功率的1/3左右

最后，聚变反应放出的初始能量也会表现为热能---热电转换的效率通常为1/3左右

以上三项足以造成一至两个数量级的误差

值得一提的是，所谓的“全人类发电量”并非整个地球的全部能耗，因为就一次能源的消耗来说，大部分的化石燃料是被用于交通工具等非发电设备

另外，核聚变的“能量密度”高，是在“质量相同”这个理论假设之下，但在实际的工程应用中，以单位体积为衡量标准的“功率密度”才具备较强的参考价值

就主流的磁约束而言，其功率密度要远远低于裂变堆，因为磁约束等离子体的“粒子数密度”只能处在极低的水平上（仅为普通空气的百万分之一）

2、up提到：“海洋里的氘多达7*10^17吨”，这显然是搞错了数量级---氘的理论总量大概处在10^13吨这个层级上，更重要的是：人工核聚变只能以氘氚（DT）反应为研究对象，换言之，其所用的燃料是两种氢同位素：氘（D）和氚（T），而氚（T）的半衰期非常短（约为12年），所以自然界（包括海洋）里并不存在这种氢同位素。事实上，氚（T）是在中子轰击锂核的反应中生成的，换言之，人工核聚变的资源量应该用锂矿储量来计算，而不是海水中的氘（D）含量。当然，除了氘氚（DT）聚变以外，还有其他的反应道，比如氘氘（DD）聚变，但这种反应所需的条件比氘氚（DT）反应高出很多：单从劳逊条件来看，DD反应的难度就比DT反应高出1000倍，这已经远远超出人类的科技水平了，因此所谓的“燃料量极其丰富”纯属聚变界的YY宣传，没有任何实际意义

3、视频在2分06秒的画面给出了一个根本不存在的反应：质子+质子=氦2

事实上，自然界根本不存在氦2这种原子核，因为两颗质子之间始终存在极强的静电斥力，故这种原子核无法稳定存在

不过两颗质子还是可以发生聚变反应，但所需的条件极为苛刻，远远超出行星文明的范畴---该反应需要其中一颗质子在碰撞的瞬间发生正电子衰变，转化为中子，之后才能与另一颗质子结合为稳定的氘核

由于该反应的截面太小（仅为10^(-23）靶恩），故实验室里连观测都观测不到，即便在太阳的中心部位，该反应的特征时间也长达数十亿年

显然，只有恒星级的巨大引力才能提供近乎无限长的约束时间

4、up提到：“烧石头那种聚变（即重元素聚变）都是完全可以实现的”，这就属于不折不扣的科幻YY了

事实上，且不论任何一种重元素聚变都同时需要极高温、极高密度（两项相乘意味着极强的热膨胀压力）及行星文明根本无法实现的较长的能量约束时间，单就重核聚变等离子体的极强热辐射来说，就绝不可能出现在行星上---在足够高的密度下，物体的热辐射功率密度与其温度的四次方成正比，这意味着数十亿度的重核聚变等离子体只需很小的尺寸（直径仅为数厘米或数毫米）就可发出与整个恒星相当的热辐射功率

显然，行星文明既不可能提供这样的能量，也无法承受其威力

5、up也提到了“氘氦3聚变”，这个反应的难度要远远小于质子聚变与重核聚变，但仍然是不切实际的：

氘氦3聚变的反应截面比氘氚聚变小得多，因此前者的功率密度要明显低于后者。另外，氦3带有两个正电荷，这意味着更多的电子数，再加上氘与氦3的反应需要更高的温度，故氘氦3等离子体的韧致辐射损失功率要比氘氚等离子体大得多。总的来看，氘氦3聚变所需的反应条件是工程技术达不到的。事实上，连氢弹都无法点燃氘氦3聚变

6、相对于核裂变来说，核聚变确实要清洁许多，但并非完全清洁

就氘氚聚变而言，因其产生的中子具有极高的动能，故必然会对装置的结构材料造成各种影响---感生放射性就是一种副作用

换言之，聚变装置仍带有一定的放射性

7、up提到：“只有当Q>1时，核聚变才能自发进行即点火”，这又是典型的认知错误

事实上，Q值的学术定义是：聚变功率/辅助加热功率，其中，“辅助加热功率”仅指中性束、射频波这样的外部加热手段，而建立、维持磁场所消耗的能量则并没有计算在内

Q=1仅仅意味着“科学意义上的得失相当”，即聚变功率=辅助加热功率

劳逊判据考虑了 聚变能量+已投入的能量 到 电能 的转化过程，故该判据意味着“工程意义上的得失相当”

由于热能到电能的转化率为1/3，故该判据相当于Q=3

点火判据要求聚变等离子体完全不依靠外界的辅助加热功率（即辅助加热功率=0），即仅依靠自身的氦核来加热冷燃料

再加上Q=聚变功率/辅助加热功率，故点火判据意味着“数学意义上的Q=无穷大”

但就工程实践来说，辅助加热功率不可能完全降为0，所以无穷大的Q值是不存在的

8、视频提到：“聚变功率正比于约束性能β（即比压）的平方，磁场强度B的4次方以及圆环半径R的3次方”

但事实上，聚变等离子体的功率密度仅正比于 β^2*B^4

换言之，圆环半径R跟功率密度并没有任何关系

ITER之所以要建得那么大，是因为磁约束的能量增益因子Q值依赖于离子温度、粒子数密度、能量约束时间，而离子温度和粒子数密度已经决定了聚变功率密度，再加上能量约束时间，才能最终决定Q值的大小

9、球形托卡马克确实具备较高的比压值，这是由其紧凑的几何结构决定的，但也正是因为这种特殊的构型，导致其环向电流的产生比常规托卡马克困难得多---球形托卡马克的环径比过小，其中心螺线圈的可变磁通极其有限，故这种构型需要依靠非感应电流驱动，比如较为可靠的中性束驱动，但up提到的方案却放弃了中性束注入，这显然是极其有问题的。另外，该方案声称磁重联有助于加热等离子体，但实际上，磁重联现象早就在球形托卡马克的相关研究中出现过，且该现象在本质上是一种磁流体不稳定性，可导致等离子体的总储能的快速流失

再来说说聚变研究的真实情况：迄今为止，全世界所有的氘氚燃烧实验的Q值都小于1（最高Q值由欧洲联合环（JET）获得，约为0.67），即氘氚聚变释放的能量要明显少于燃料气体从外界吸收的能量（即气体升温所要吸收的能量，这并不包括约束高温等离子体所消耗的能量）。这个事实也许令很多人感到意外，但确实是真的。如果最终的研究结果证明能量增益Q值达不到实用要求，那人类社会的发展模式就必须有所改变了

值得一提的是，全世界所做的“燃烧实验”都集中于上世纪90年代，进入21世纪之后，世界各国在长达20多年的时间里所做的等离子体实验都只是“不发生任何反应”的模拟运行，即能量输出都为0

以上评论引发网友热议，也获得了较高的点赞数，但今天突然被该up删除，不知何故？