太陽普照大地,孕育萬物,其能量來自于內(nèi)部一刻不停的聚變反應(yīng)。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系理論,質(zhì)量虧損可轉(zhuǎn)化成能量。聚變反應(yīng)就是兩個(gè)較輕的原子核,主要是氫或重氫(氫的同位素),聚合成一個(gè)較重的原子核時(shí)質(zhì)量虧損,從而釋放出能量的過程?梢哉f,核聚變離我們的生活并不遙遠(yuǎn)。
聚變反應(yīng)能產(chǎn)生巨大的能量。一克重氫可產(chǎn)生相當(dāng)于燃燒8噸汽油的能量。當(dāng)前,全球依賴的主要能源如石油、天然氣等,終有一天將被耗盡,以煤炭來說,目前探明的儲(chǔ)量僅可再用200年,這意味著人類未來將告別化石能源時(shí)代。若能掌控并利用聚變反應(yīng),產(chǎn)生源源不斷的新能源,就好比創(chuàng)造出了一個(gè)“人造太陽”,可惠及全球,造福子孫后代。
制造“人造太陽”并使其發(fā)生聚變反應(yīng),首先需要將重氫加熱到上億攝氏度的高溫,并約束在有限的空間里。聚變反應(yīng)主要靠兩種方式來約束:一種是磁約束,利用線圈產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng),來約束聚變物質(zhì);另一種是慣性約束,利用多束強(qiáng)大的激光束或粒子束,聚焦于一個(gè)米粒大小的重氫靶丸上,瞬間壓縮產(chǎn)生高溫高壓。由于激光器的效率較低,聚變產(chǎn)出的能量不能彌補(bǔ)激光器消耗的能量,而磁約束的可行性早在上世紀(jì)末就已經(jīng)在歐盟的JET裝置、日本的JT—60裝置上得到驗(yàn)證:其聚變產(chǎn)生的能量超過投入的能量。
磁約束聚變研究的下一步目標(biāo),是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火和自持燃燒,也就是用聚變產(chǎn)生的能量來維持聚變反應(yīng)。為此,歐盟、中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同合作,正在法國建造下一代磁約束聚變裝置——國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER),即所謂的“人造太陽”計(jì)劃,預(yù)計(jì)將于2020年建成,中國承擔(dān)了其中一些部件采購包的制造任務(wù),并積極參與了研制工作。
與目前世界上大多數(shù)核電站使用的核裂變技術(shù)不同,聚變的燃料和產(chǎn)物不具放射性,而且很容易通過取消核反應(yīng)條件終止反應(yīng),因此不存在失控、核泄漏及核廢料等安全問題。更為重要的是,聚變的燃料重氫在海水中大量存在。每升海水中含30毫克重氫,完全聚變所釋放的能量,相當(dāng)于燃燒340升汽油。聚變需要的另一種燃料是鋰,地球上鋰的儲(chǔ)量約有2000多億噸,可謂取之不盡、用之不竭。此外,聚變并不會(huì)像燃燒化石燃料那樣產(chǎn)生二氧化碳等環(huán)境污染物,它是一種清潔能源。
目前,全球能源需求日益膨脹,科學(xué)的能源戰(zhàn)略是持續(xù)繁榮的保障。雖然聚變能研究還有許多科學(xué)和技術(shù)難題需要解決,但國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆這一規(guī)?涨暗膰H技術(shù)合作項(xiàng)目,堪稱人類在核聚變研究方面的重大里程碑事件?梢灶A(yù)見,“人造太陽”冉冉升起之時(shí),很可能是全球清潔能源時(shí)代到來之際。
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