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“核聚变”最近怎么了?

2014-10-20 01:32 来源:科技日报  我有话说
2014-10-20 01:32:03来源:科技日报作者:责任编辑:

本报记者房琳琳综合外电

今日视点

刚刚过去的这一周,“核聚变”成为足够吸引眼球的科技新闻关键词。

10月15日,美国洛克希德·马丁公司,已经设计出一款能够装载在一辆卡车上的紧密型核聚变反应堆,目前正在寻求商业或政府方面的合作伙伴,并宣称将在五年内制造出原型。消息一出,舆论哗然,盲目叫好的有之,深度质疑的亦有之。“核聚变”究竟怎么了?

“核聚变”的魅力何在?

在全球传统能源日渐紧缺的形势下,人类一直都在探索新型能源的开发和使用,包括太阳能、风能、地质能、生物能、核能等,本文的主角——“核聚变”,是产生核能的一种方式,也是迄今为止,最高级也最难以“驾驭”的能源来源。

核能也叫原子能,通过核裂变、核聚变和核衰变三种形式释放能量,除了核衰变是自然状态下缓慢发生,裂变和聚变的核反应形式都异常激烈。

众所周知,新中国最伟大的科技成就,就是成功试爆了原子弹和氢弹。原子弹应用的就是核裂变原理;比原子弹威力更大的氢弹,则利用核聚变来发挥作用。

核聚变比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行氢核聚变过程,它的光和热就是由核聚变产生的。相比核裂变,核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题,而且其原料可直接取自海水,来源几乎取之不尽,是理想的能源方式,也是备受青睐和追捧的重要原因。

国际热核聚变实验堆计划,简称“iter计划”,是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。该计划倡议于1985年,工程设计于2001年完成,此后经5年谈判,包括中国在内的七个国家于2006年正式签署联合实施协定,正式启动历时将达35年的iter计划,2013年6月,主装置“托卡马克”综合体建设工作在法国开始,iter项目正进入全面建设阶段。

iter计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用聚变能,从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程。

人类还不能“控制”它!

核裂变原子能除了被用作战争武器,更多的是被人类和平利用,如建造核电站发电等,但利用聚变能可没那么容易。

到目前为止,虽然人类已经可以实现不可控核聚变,如氢弹爆炸,但要想有效利用它,必须能“控制”核聚变的速度和规模,实现持续、平稳的能量输出。这也成为人类掌握聚变核能源道路上的最大掣肘。

用什么才能“控制”住核聚变反应?通俗地说,能点燃燃料,能约束聚变,能输出能量。问题来了——点火需要瞬间超高温度和压力(想想太阳内部热核反应的条件),约束聚变的“容器”只能用激光惯性约束和磁场约束(任何地球物质做的容器都承受不住超高温高压)。

激光点火时间必须控制在十亿分之一秒,才能引起燃料内爆压缩产生聚变能量。2013年9月,美国核聚变国家点火装置(nif)宣布,首次实现燃料靶点输出能量超出输入能量。中国的“神光”高功率激光打靶装置,使我国成为继美国之后世界上第二个具备独立研究和建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。

基于磁约束的iter计划被寄予厚望,该“人造太阳”工程的核心装置叫做“托卡马克”(tokamak),名字来源于环形、真空室、磁、线圈的英文,由前苏联科学家阿齐莫维齐等人在上世纪50年代发明。装置中央是个环形真空室,外面缠绕着线圈。通电时,内部会产生巨大螺旋型磁场,将等离子体加热到超高温度,以促成核聚变。中国科学院等离子体物理研究所的east托克马克,近年来取得了很高的成就。本文的新闻主角也都是使用这种约束方式。

遭“质疑”且行且珍惜

从理论上来讲,磁约束核聚变的工作原理已经清楚了,从实际操作来看,要想真正获取核聚变能,还面临大量物理和工程难题。

而洛克希德·马丁公司宣布,设计的磁约束密集型核聚变装置,要想把尺寸控制在能放在一辆卡车上的大小(7×10英尺),且宣称在五年内造出原型,恐怕并非说起来那么简单。即便是积累了几十年的能源研究经验,即便是希望用来替换军舰和飞机上的核裂变反应堆,该公司宣称的这种方案,在业界看来还仅仅停留在“纸上谈兵”阶段。

据华盛顿邮报报道,可再生能源和气候策略研究院院长乔·吉尔默说:“当然,我非常希望核聚变作为世界能源大家族的一员尽快发挥作用,但是,这个宣告距离原型的诞生还有很长的路程,更别说建造成稳定的商业化能源提供设备了。”

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