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(shí)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(huì)到兩個(gè)質(zhì)量最輕的原子核聚合竟會(huì)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(gè)反應(yīng)過程,，讓能量長(zhǎng)期地,、持續(xù)地釋放，就可以將這個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生的巨大能量拿來為人類發(fā)電,，實(shí)現(xiàn)核聚變能的和平利用,。
大家比較熟識(shí)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,?？上Ш肆炎兡艿睦脮?huì)產(chǎn)生難于處理的核廢料，處理成本相當(dāng)高,，加上安全運(yùn)行問題時(shí)有發(fā)生,，它依然會(huì)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(gè)水分子有兩個(gè)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?yàn)殇囋釉谥厮磻?yīng)堆中被中子轟擊之后就會(huì)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(gè)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(gè)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(cè)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(chǔ)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(jì)劃,。
ITER實(shí)驗(yàn)堆
是內(nèi)部溫度極高的“磁籠子”
計(jì)劃中的ITER實(shí)驗(yàn)堆是一個(gè)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(dá)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(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃中設(shè)計(jì)的籠子是一個(gè)足夠大的“磁籠”，它實(shí)際上是由18節(jié)巨型的D型環(huán)向磁場(chǎng)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(jī)的總重量。當(dāng)強(qiáng)大的電流通過這些大線圈時(shí),，環(huán)形線圈內(nèi)就產(chǎn)生強(qiáng)大的環(huán)形磁場(chǎng),，磁場(chǎng)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?，高達(dá)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(yùn)動(dòng)非常激烈,，所以必須形成足夠強(qiáng)大的磁場(chǎng)來約束它們,。這實(shí)在是太難了,！幸而超導(dǎo)技術(shù)的突飛猛進(jìn)幫了大忙。
產(chǎn)生熱核聚變的另一個(gè)重要條件就是要制造溫度達(dá)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(duì)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(shí)現(xiàn)它。
