走近核聚變

原標題:走近核聚變

最近,一條新聞橫掃科技領域的朋友圈——大陸磁約束人造太陽溫度突破1億攝氏度。很多人會問:人造太陽究竟與我們有什麼關係?那些數據又有什麼意義呢?

事實上,太陽就是一個巨大的核聚變反應堆(核聚變是將兩個較輕的原子核結合而形成一個較重的核,以及一個很輕的核或粒子的一種核反應,在此過程中,核聚變反應將一部分反應物的質量轉化為了能量),而人造太陽就是效仿太陽的核聚變原理,為人類提供取之不盡用之不竭的能源。在技術分類上,人造太陽屬於可控核聚變,由人工控制核聚變的能量輸出過程,確保能量輸出大小滿足人類對能量的動態需求。而誕生於上世紀50年代的氫彈,則為不可控核聚變,只能作為武器瞬間釋放全部能量。核電站則是核裂變技術,需要尋找鈾礦並提純,變成燃料,資源消耗很大。

很多人談核色變,其實,核聚變可以完美解決這個憂慮。與目前核電站使用的核裂變燃料相比,核聚變採用氫的一種同位素:氘,理論上十來克就能滿足全球一年的電力需求,大海裡到處都是。據計算,地球上氘的總量足夠人類使用幾百億年。很多國家都在開展類似人造太陽的核聚變研究,以期一勞永逸解決能源問題。今年初,美國麻省理工學院拿到了義大利能源公司ENI的5000萬美元投資,要在未來15年建設一座裝機容量20萬千瓦的發電站。雖然裝機規模很小(僅大陸三峽水電站總裝機容量就達2250萬千瓦),但這可是人類史上第一個可控核聚變發電站。

核聚變雖好,但很難。國際熱核聚變實驗反應堆動用了包括中國在內的7國之力,原定預算100億美元,花費10年建成,但在2013年開工後短短兩年半,僅建築成本就花掉了150億美元。再來看看人造太陽,大陸在上世紀60年代就開始著手相關研究。而想在技術上做到核聚變的原理,必須要產生至少5000萬以上的溫度——目前世界上任何材料都無法承受。所以,目前人造太陽用兩種方法解決這個難題:一種是利用磁場約束,另一種是雷射慣性約束。歷經50多年的研究,大陸去年做到了磁約束人造太陽5000萬攝氏度運行100秒,今年又將溫度提升到1億攝氏度。人造太陽在距離可控的台階上,中國已經遠遠將各國甩在身後。

而這意味著,一旦掌握了可控核聚變技術,就有了「無限能源」,人類將真正進入目前稱為「科幻」的世界——補全臭氧空洞、遏制氣候變化……這不僅是科學幻想,更是核聚變做到後近在眼前的未來。更美妙的是,核聚變產生的高能中子還可以順手處理核廢料,讓他們的半衰期從幾萬年縮短到數百年。

在應用軍事上,核聚變能源的武器裝備將成為最強的。而只要有了便攜式或者小型化的技術,再加上其他領域的發展,人類未來甚至可以打造出一個太空艦隊——畢竟不用再為最基礎的能源問題發愁了。

(作者張佳琦系中國核科技信息與經濟研究院副研究員,孔德泰系工程師)