實現(xiàn)核聚變：無法輕松碰觸的幻想

2017/8/9 13:52:31

當航空巨頭洛克希德˙馬丁公司向媒體公開宣布，將在今后10年內把小規(guī)模核聚變付諸實踐的時候，你很難想象當時的情景，這個激動人心的消息引起了媒體界的極大轟動。然而，面對如此振奮人心的消息，物理學界卻保持了應用的冷靜和謹慎。

不久前，在俄羅斯圣彼得堡召開的第25屆國際原子能機構(IAEA)聚變能大會，作為全球聚變界研究的“奧林匹克”，是聚變界眾多會議中參會人數(shù)最多、規(guī)模最大、層次最高的國際會議。但在這次大會上，洛克希德˙馬丁并沒有宣布他們的研究成果，甚至沒有派出科學家參加。不能不說這其中的“矛盾”耐人尋味。

據(jù)洛克希德˙馬丁公司介紹，其著名的研發(fā)部門“臭鼬工廠”(Skunk Works)，一直在研究一種新的緊湊型聚變反應堆，并將在10年內讓這項技術投入使用。此外，新的反應堆規(guī)模會足夠小、效率會足夠高，從而能夠驅動飛行器和發(fā)動機。然而，該公司透露的唯一的技術細節(jié)僅僅是這個新型反應堆裝置具有非常高的β值，這個參量意味著對裝置施加一個很弱的磁場就能夠產(chǎn)生很強的等離子場。

僅靠這些信息遠遠無法證明我們對核聚變的研究擁有了足夠可靠的進展，更無法使人相信在未來10年內可以憑此開發(fā)出具有革命意義的新能源。

眾所周知，核聚變是由澳大利亞物理學家馬克˙奧利芬特發(fā)現(xiàn)的一種核反應。這種物理反應是太陽以及其他恒星能夠永不停歇地發(fā)光發(fā)熱的能量來源。如果核聚變能夠被人類合理地利用，它將成為一種取之不盡的清潔能源。

顧名思義，核聚變能是較輕的原子核聚合時所釋放的能量。是在一個極度高溫高壓的等離子體環(huán)境下，氘和氚的原子核(它們都是氫元素的同位素)通過電磁場結合在一起，并釋放出巨大的聚變能。

核聚變的吸引力是有目共矚的。同裂變相比，他們擁有很多共同的優(yōu)點，比如都不會產(chǎn)生任何溫室氣體。然而又不同于核裂變有大量的副產(chǎn)品，核聚變的反應實質是氘氚結合生成氦和具有高能的中子，這個過程非常清潔，不會產(chǎn)生有害的電磁波和核廢料。而且核聚變非常的高效，能量利用率很高，唯一的能量損耗僅僅發(fā)生在中子擊打反應堆屏障時所造成的損失。

氘元素，作為核聚變的燃料，在天然水中有極其豐富的儲量。任何一個臨近水域的城市都能夠輕易的獲取這種“廉價”燃料，這將大大緩解由能源儲備不均衡所造成的地區(qū)局勢緊張。核聚變的能量效率很高，使用每公斤燃料，核聚變都將比核裂變多釋放4倍的能量，而令人吃驚的是，這個數(shù)字是使用煤炭的近1000萬倍。

全世界的氘儲備足夠支撐人類文明繼續(xù)延續(xù)數(shù)百萬年。因此，如果能夠實現(xiàn)核聚變，無論在政治還是經(jīng)濟方面，能源將不再成為人類發(fā)展的困擾。

更重要的是，核聚變反應堆從本質上來說是非常安全的。一旦停止加熱，反應就會停止。不同于不穩(wěn)定的核裂變，在核聚變的過程中不會再有核鏈式反應，因此也不再有反應堆融化甚至爆炸的危險情況。

盡管核聚變的好處是那么的巨大，想要實現(xiàn)它同樣充滿了挑戰(zhàn)。氘氚反應是核聚變反應中最容易被引發(fā)的。然而，想要實現(xiàn)氘氚反應仍然需1億攝氏度的超高溫，這是太陽核心溫度的6到7倍。

實現(xiàn)核聚變的另一個關鍵之處在于使等離子體維持在一個高溫高壓的環(huán)境下，并保持足夠長的時間從而完成聚變反應。

現(xiàn)在，國際上的研究團體都在致力于開發(fā)一種全新的反應堆實驗模型“ITER”，這是一個能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應的超導托克馬克，俗稱“人造太陽”。大體上，它的半徑約為6米，高60米，重達2.3萬噸，擁有長達8萬公里的鎳錫超導線圈，能夠產(chǎn)生5特斯拉的磁場強度。

盡管面臨著種種困難，核聚變研究的進展仍令人矚目。經(jīng)過30年的不斷試驗和研究，核聚變的能量輸出已經(jīng)增長了100萬倍，現(xiàn)在的實驗技術已經(jīng)可以使能量輸出達到千萬瓦級別。如果ITER項目最終取得成功，預期將能夠產(chǎn)生50億瓦的能量輸出。

如果洛克希德˙馬丁想要向世人證明他們的研究成果能夠比多國齊力研究的ITER項目更加出色，那他們需要展示更多的數(shù)據(jù)。然而，馬丁公司對參與國際科研團體的冷淡態(tài)度也許暗示了他們對媒體關注更加感興趣，而沒有把精力放在科研開發(fā)上。

實現(xiàn)核聚變的道路還很漫長，需要所有科學家不斷地共同探索。而對于任何技術性的突破我們都應該保持一種相對冷靜的態(tài)度。