太陽普照大地,孕育萬(wan) 物,其能量來自於(yu) 內(nei) 部一刻不停的聚變反應。根據愛因斯坦的質能關(guan) 係理論,質量虧(kui) 損可轉化成能量。聚變反應就是兩(liang) 個(ge) 較輕的原子核,主要是氫或重氫(氫的同位素),聚合成一個(ge) 較重的原子核時質量虧(kui) 損,從(cong) 而釋放出能量的過程。可以說,核聚變離我們(men) 的生活並不遙遠。
聚變反應能產(chan) 生巨大的能量。一克重氫可產(chan) 生相當於(yu) 燃燒8噸汽油的能量。當前,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(chu) 量僅(jin) 可再用200年,這意味著人類未來將告別化石能源時代。若能掌控並利用聚變反應,產(chan) 生源源不斷的新能源,就好比創造出了一個(ge) “人造太陽”,可惠及全球,造福子孫後代。
製造“人造太陽”並使其發生聚變反應,首先需要將重氫加熱到上億(yi) 攝氏度的高溫,並約束在有限的空間裏。聚變反應主要靠兩(liang) 種方式來約束:一種是磁約束,利用線圈產(chan) 生強大的磁場,來約束聚變物質;另一種是慣性約束,利用多束強大的激光束或粒子束,聚焦於(yu) 一個(ge) 米粒大小的重氫靶丸上,瞬間壓縮產(chan) 生高溫高壓。由於(yu) 激光器的效率較低,聚變產(chan) 出的能量不能彌補激光器消耗的能量,而磁約束的可行性早在上世紀末就已經在歐盟的JET裝置、日本的JT—60裝置上得到驗證:其聚變產(chan) 生的能量超過投入的能量。
磁約束聚變研究的下一步目標,是實現點火和自持燃燒,也就是用聚變產(chan) 生的能量來維持聚變反應。為(wei) 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——國際熱核聚變實驗堆(ITER),即所謂的“人造太陽”計劃,預計將於(yu) 2020年建成,中國承擔了其中一些部件采購包的製造任務,並積極參與(yu) 了研製工作。
與(yu) 目前世界上大多數核電站使用的核裂變技術不同,聚變的燃料和產(chan) 物不具放射性,而且很容易通過取消核反應條件終止反應,因此不存在失控、核泄漏及核廢料等安全問題。更為(wei) 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,相當於(yu) 燃燒340升汽油。聚變需要的另一種燃料是鋰,地球上鋰的儲(chu) 量約有2000多億(yi) 噸,可謂取之不盡、用之不竭。此外,聚變並不會(hui) 像燃燒化石燃料那樣產(chan) 生二氧化碳等環境汙染物,它是一種清潔能源。
目前,全球能源需求日益膨脹,科學的能源戰略是持續繁榮的保障。雖然聚變能研究還有許多科學和技術難題需要解決(jue) ,但國際熱核聚變實驗堆這一規模空前的國際技術合作項目,堪稱人類在核聚變研究方麵的重大裏程碑事件。可以預見,“人造太陽”冉冉升起之時,很可能是全球清潔能源時代到來之際。
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