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1、“可控核聚变”人类的终极能源（原创）“可控核聚变”人类的终极能源文/奇云 伊朗和朝鲜启动核聚变研究能源与人类的生存密切相关，它是提高人民生活水平，发展世界文明和征服自然的物质基础。如果我们正视现实，那就不得不承认，我们正面临着前所未有的能源危机。目前广泛使用的能源主要是煤、石油和天然气，但是这些化石燃料的储量十分有限，可供使用的时间已屈指可数，据估计用不了100年即将耗尽而不能再生！因此能源危机决不是危言耸听，开发利用新能源已是迫在眉睫的任务了。所谓能源危机包括两方面：枯竭和污染。关于新能源的开发，目前除太阳能之外，最有发展前途的当属核能。核能的开发有两条途径：重核的裂变和轻核的聚变。7月25
2、日，伊朗德黑兰时报在头版头条刊登了伊朗将启动核聚变研究的消息，并配发了伊朗原子能组织主席萨利希接受记者采访的照片。报道称，萨利希是7月24日在 “国家核聚变项目”的启动仪式上宣布这一消息的。萨利希透露，伊朗用于核聚变研究的启动资金约为800亿里亚尔（约合765万美元），今后将根据研究的进程随时调整拨款。在此之前的5月12日，朝鲜劳动新闻发布消息称，朝鲜自主掌握了核聚变技术，该技术是用于“能源生产”。当时，美国和韩国政府均认为朝鲜尚无进行核聚变试验的能力。6月21日，韩联社突然报道称，韩国核安全技术院于5月14日在韩朝边境测出空气中放射性物质氙的浓度为平时的8倍。韩国一位核技术专家在接受朝鲜日报
3、采访时指出：“若制造氢弹的话，必须要用原子弹压缩氚。如果检测到氙含量异常，就有可能缘于原子弹爆炸。”其言外之意是朝鲜不仅进行了核聚变试验，而且在为制造氢弹做准备。朝鲜宣称“自主开发完成”的“核聚变发电”，属可控核聚变。以朝鲜的国力、科技实力，根本不可能完成利用核聚变技术发电目标。英国每日电讯报甚至讽刺说，如果朝鲜的说法是可信的话，那么这个贫穷的国度将是世界上第一个掌握核聚变技术的国家。朝鲜是世界上最贫穷的国家之一，如果投资力度小于核聚变工程所需要的基本需求，再高的热情也无济于事。朝鲜虽然进行了有限的核开发，但由于起步较晚，要想在短时间内完成核聚变难度过大。促使核聚变发生的往往是核裂变。据美国方
4、面的监测，朝鲜核裂变实验与完全成功尚有距离。因此，核裂变能力不足，也是阻碍朝鲜核聚变成功的关键。值得一提的是，拥有核聚变技术和拥有核聚变能源是两码事。就算朝鲜拥有核聚变技术，他目前也不可能拥有核聚变能源。核聚变能源的诱人前景大家知道，核能有裂变能和聚变能两种。裂变能是重元素（如铀、钍等）的原子核在分裂过程中所释放的能量。目前世界上所有核电站都是利用裂变能进行发电的。其优点是少量原料就可产生巨大的电能（百万千瓦核电机组一年只用一火车皮的铀燃料）、环境污染少和不存在对石化燃料的依赖。缺点是若核燃料无法控制则会导致能量输出急剧升高，造成失控和事故的发生；所产生的核废料有放射性，对环境会造成污染；同样
5、也存在资源有限的制约。全球目前已建成以原子核裂变能量发电的核电站达到440多座。世界核电发电量已占电力总发电量的17，不少国家已占20、30以上。立陶宛占80、法国已占78。在世界范围内核电的发展仍在继续。核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。最常见的核聚变是由氢的同位素氘和氚聚合成较重的原子核（如氦）而释出能量。核聚变较之核裂变有两个重大优点：一是核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，不产生核废料，也不产生温室气体，基本不污染环境。二是地球上蕴藏的核聚变能
6、远比核裂变能丰富得多。据测算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。按目前世界能量的消耗率估计，地球上蕴藏的核聚变能可用100亿年以上。现在从海水中提炼氘的技术有的国家包括我国已经掌握，问题是核聚变过程如何控制并且把热量引出来进行发电，目前还有一些复杂的技术问题没有解决。一旦解决，整个世界能源问题就彻底解决，也就是能源问题得到终结了。正因为核聚变具有如此长远战略意义的重要地位，世界发达国家不断投入大量的人力、物力和财力进行研究开发。然而，核聚变的实现是十分复杂的非常困难的事情，核聚变能源的利用
7、难度大要把核聚变时放出的巨大能量作为人类的能源，必须对剧烈的聚变核反应加以控制，因而称为受控核聚变。实现受控核聚变的的首要条件是需要极高的温度。两个氘核的聚变反应，温度必须高达一亿摄氏度；对于氘核与氚核间的聚变反应，温度必须在五千万摄氏度以上。怎样才能达到这一高温呢？利用原子弹爆炸时产生的高温可以引起氢核聚变，氢弹就是根据这一原理制造出来的。遗憾的是氢弹是一种不可控制的核爆炸，要使轻核聚变产生的巨大能量能为人类服务，就必须人为地控制聚变反应才行。那么轻核聚变反应能否加以人为的控制呢？世界上许多国家的科学工作者都在积极地研究受控热核反应的理论与技术问题。目前的受控核聚变研究，主要是沿着热核聚变的
8、途径进行。将聚变所用的氘加热至上亿度，使整个氘燃料成为总体呈电中性，由带正电的氘离子和带负电的电子所组成的一团混合物，这样的混合物被称为物质第四态的高温等离子体。这样的反应方法使人很容易想到生炉子的道理：要想让炉里的煤燃烧，首先必须点燃足量的煤，使它们发出的热除了弥补散失的热量外尚有富裕，这样煤才能越烧越旺。还有一个引发受控反应的必要条件，就是要对参与反应的燃料等离子体气团施以足够的压力和混合聚集，也就是对它们加以必要而充分的约束。因为在1亿度的高温下，等离子体中的粒子速度可高达每秒1千公里以上。如果不加约束，这些等离子体会在瞬间逃之夭夭。为了保证反应的持续进行，这种高温高密的等离子体气团还必
9、须能维持足够长的时间，这就需要找到一个“容器”，并且利用约束手段将高温高密的等离子体约束起来，不让它损坏容器。50多年来对热核聚变的研究，不外乎沿着磁约束和惯性约束两大途径进行。磁约束是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性，构造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆，在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。20世纪下半叶，聚变能的研究取得了重大的进展，托卡马克类型的磁约束研究领先于其他途径。托卡马克又称环流器，是一个由环形封闭磁场组成的“磁笼”，高温产生的等离子体就被约束在类似于面包圈的磁笼中。托卡马克装置通过约束电磁波驱动，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，并实现人类对聚变反应的控
10、制。惯性约束与磁约束不同，实际上对等离子体不加约束。而是利用粒子的惯性，在它们来不及跑散之前就发生聚变反应，以取得足够的能量。众所周知的氢弹爆炸就是采用了惯性约束，不过氢弹是靠原子弹引爆的，而人类目前还无法加以控制，于是就改用其它高功率物质（如激光、电子束、离子束）来轰击一颗颗微小的氘氚燃料丸，将它极其快速地压缩和加热，这实际上是一颗颗微型氢弹爆发。受控聚变反应和受控裂变反应的实际研究都是从20世纪50年代初开始的，时至今日，核裂变反应堆或发电站早已比比皆是，而受控核聚变的和平利用却无一实现。由欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度等7方共同参与，为期30年，耗资100亿欧元的国际热核聚变
11、实验反应堆（IETR）计划，至今尚未取得获取能源的阶段性成果。ITER装置模型。底部的人隐含了装置的尺寸。位于法国卡达拉舍的国际热核聚变实验堆“人造太阳”无限清洁能源的梦想国际热核实验反应堆计划也被称为“人造太阳”计划，与国际空间站、欧洲大型强子对撞机、人类基因组计划一样，是一个庞大的国际科技合作项目，需要多国科学家合作才能完成。其目的是借助氢同位素在高温下发生核聚变来获取丰富的能源。其原理类似太阳发光发热，即在上亿摄氏度的超高温条件下，利用氘、氚的聚变反应释放出核能。据悉，国际热核聚变实验反应堆将采用托卡马克装置。国际热核聚变实验反应堆中的托卡马克装置是一个直径超过12米、容积达837立方米
12、的环形容器，里面环绕着超导电磁线圈。环形托卡马克装置外部的磁体能产生强烈的螺旋型磁场，能够约束热核聚变中产生的超高温等离子体。为了打造这一巨大的磁性笼子，国际热核聚变实验反应堆项目需要超过10000吨的铌合金制成的超导线圈，并且要用低温液态氦气来降温。ITER计划是实现聚变能商业化必不可少的一步，其目标是验证和平利用聚变能的科学和技术可行性。ITER计划集成了当今国际受控磁约束核聚变研究的主要科学和技术成果，拥有可靠的科学依据并具备坚实的技术基础。国际上对ITER计划的主流看法是：建造和运行ITER的科学和工程技术基础已经具备，成功的把握较大，经过示范堆、原型堆核电站阶段，可在本世纪中叶实现聚
13、变能商业化。I国际热核聚变实验反应堆计划的实施结果，将决定人类能否迅速地、大规模地使用核聚变能，从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程。因此，意义和影响十分重大。2006年,中国、韩国、欧盟、印度、日本、俄罗斯和美国7个合作方达成一致,决定在卡达拉舍建造国际热核聚变实验堆。国际热核聚变实验堆组织理事会于2010年7月27日至28日在该组织所在地、法国南部的卡达拉舍举行特别会议,与会各方在时间和资金两个方面达成一致后,宣布基准文件生效,有关工程将从8月开始建造。这标志着计划进入决定性阶段。据专家估计,如果能尽快顺利动工,氘氚核反应可在2019年11月份试运行,晚于最初确定的2016年,正式投
14、入使用可能要到2026年。国际热核聚变实验堆正在许多科学家们集中精力埋头研究受控热核聚变的时候，世界上却爆出了一个新闻：英国的费莱希曼和美国的庞斯突然于1989年3月23日在记者招待会上宣布，他们用电化学的方法，用“简单得像一年级大学生的化学实验”那样的装置，在厨房中进行了五年实验后，实现了冷核聚变。这个特大新闻，轰动了全世界。短短的几天时间内，世界各地很多科学家都积极投入进行有关实验，但是迄今为止，并无成功的捷报再度传来。那么，冷核聚变对人类来说究竟意味着什么？冷核聚变的热潮虽然已随着时间的流逝而冷却，但是它或多或少为我们开阔了思路：实现可控核聚变反应的途径不应该只限于一条。目前，低温核聚变仍然为科学家们所关注，他们对冷核聚变的事情既感兴趣又有怀疑。有人预言，冷核聚变一旦证实，肯定会引发世界范围的能源革命；也有人说，冷核聚变根本就不能实现，甚至被指为“病态科学”、“伪科学”。如果说重原子核在中子打击下分裂放出的“裂变能”是当今原子能电站及原子弹能量的来源，则两个轻原子核聚合反应放出“核聚变能”就是宇宙间所有恒星（包括太阳）释放光和热及氢弹的能源。人类已经能控制和利用核裂变能，但由于很难将两个带正电核的轻原子核靠近从而产生聚变反应，控制和利用核聚变能则需要历经长期的、非常艰苦的研发历程。
