核聚變一旦被駕馭

人類將獲理想清潔能源

50多年前,，人類已經(jīng)在地球上實現(xiàn)了發(fā)生在太陽內(nèi)部的氘(dāo)氚(chuān)核聚變過程,，這就是氫彈爆炸,。

氫彈的成功引爆，讓人類真正體會到兩個質(zhì)量最輕的原子核聚合竟會瞬間釋放出如此驚人的巨大能量,！如果能夠按照人們的需要有效地控制這個反應(yīng)過程,，讓能量長期地、持續(xù)地釋放,，就可以將這個反應(yīng)產(chǎn)生的巨大能量拿來為人類發(fā)電,，實現(xiàn)核聚變能的和平利用。

大家比較熟識的核電,，是從上世紀(jì)50年代發(fā)展起來的和平利用核裂變能技術(shù),。與傳統(tǒng)的化石燃料經(jīng)過燃燒排放大量溫室氣體、污染大氣的缺陷相比,，核能的利用就清潔多了,。可惜核裂變能的利用會產(chǎn)生難于處理的核廢料,，處理成本相當(dāng)高,，加上安全運行問題時有發(fā)生，它依然會給人類的生存環(huán)境造成威脅,。加上全世界的核燃料資源(鈾礦)也只夠我們用70年,，核能的利用依然無法很好地解決“清潔”和“恒久”兩大問題。

受控核聚變一旦能夠成功,，不但產(chǎn)生的能量巨大,，還可以為人類帶來理想而恒久的清潔能源。

首先,，核聚變所消耗的“燃料”(氘和氚)來自世界上普遍存在的海水,，燃料資源極為豐富。一個水分子有兩個氫原子,，它的同位素氘(亦稱“重氫”)與氧原子結(jié)合所生成的水稱為“重水”,，在海水中所占比例雖然小，但是人們只需用蒸餾法就可從海水中取得重水,，然后再電解重水就可獲得氘,。而氚也可以從海水中含量豐富的鋰元素中制造出來。因為鋰原子在重水反應(yīng)堆中被中子轟擊之后就會分裂成氚和氦,?？茖W(xué)家將用鋰制的靶件放入重水反應(yīng)堆內(nèi)，在中子的照射下得到氚。

尤其重要的是,，這個核聚變反應(yīng)生成的廢物是氦,，它并不給環(huán)境帶來污染，這意味著,，這種核聚變過程一旦被駕馭,，人類將獲得一個理想的清潔能源。

從核物理理論和愛因斯坦著名的質(zhì)量能量轉(zhuǎn)換公式可知,，聚變能比裂變能還要大幾倍,。經(jīng)測算，l升海水所含的氘產(chǎn)生的聚變能等同于300升汽油所釋放的能量,；1公斤氘全部聚變釋放的能量大致相當(dāng)于11000噸煤炭所釋放的能量,；海水中氘的儲量足夠人類使用幾十億年。這是目前為止沒有任何新能源能與之比擬的,。

難怪,，人們把這種受控核聚變形象地稱之為“人造太陽”計劃。

ITER實驗堆

是內(nèi)部溫度極高的“磁籠子”

計劃中的ITER實驗堆是一個全超導(dǎo)托卡馬克裝置,，高24米,，直徑30米，建成之后總重量將達23000噸,，比三座法國巴黎的埃菲爾鐵塔(7300噸)還要重,。

燃料(氘和氚的混合物)有了，還得把它們關(guān)在“籠子”里讓人們控制它,?？茖W(xué)家們首先把這些燃料變成離子(這是物質(zhì)除了以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)存在之外的第四種存在形式)狀態(tài),，才能用電與磁的方法束縛,、控制它們。

ITER實驗堆計劃中設(shè)計的籠子是一個足夠大的“磁籠”,，它實際上是由18節(jié)巨型的D型環(huán)向磁場線圈所組成,，每一節(jié)就重360噸，相當(dāng)于一架滿載的波音747-300客機的總重量,。當(dāng)強大的電流通過這些大線圈時,，環(huán)形線圈內(nèi)就產(chǎn)生強大的環(huán)形磁場，磁場內(nèi)等離子體的帶電粒子就被它的磁力線約束住了,?？梢韵胂螅哌_1.5億攝氏度(相當(dāng)于太陽內(nèi)核溫度的10倍)的極高溫等離子體內(nèi),，粒子運動非常激烈,，所以必須形成足夠強大的磁場來約束它們。這實在是太難了！幸而超導(dǎo)技術(shù)的突飛猛進幫了大忙,。

產(chǎn)生熱核聚變的另一個重要條件就是要制造溫度達1.5億攝氏度的高溫等離子區(qū),，在這種環(huán)境下，帶正電的氘核和氚核才得以克服靜電斥力互相碰撞,。ITER使用的產(chǎn)生高溫方法很像微波爐對食物加熱。參加合作的我國科學(xué)家正在努力研究更高性能的“高功率射頻加熱裝置”來實現(xiàn)它,。