從原子彈到核反應堆再到核聚變：未來的新能源探索

先來個標準開頭：能源不僅廣泛應用於工業、農業、交通和通信等領域，也滲透到人們日常生活的各個方面，現代社會的能源是人類片刻不可缺少的東西。

那我們人類都能利用什麼樣的能源呢？我們可以利用化學燃料燃燒產生的能量，也可以將細微的原子核裂變產生的巨量能量加以控制，我們還能收集自然母親給我們的天然能源比如說太陽能、風能和水能，甚至連地熱潮汐都不放過。

但是這裡面就有弊端，能持續產能的方法汙染嚴重而且原材料不足，那些清潔能源雖然可以說是取之不盡，但輸出不夠，不夠人類塞牙縫的。所以人們就一直在尋找一種即對環境友好又對人類的需求友好的新能源，聚變核能開始進入人們的視野。

這要從物質內部說起

下面這段話想必很多人都知道：地球上的絕大部分物質是由分子組成的，還有一小部分是由原子構成，比如說水是由水分子構成，石墨是由碳原子構成。當然了，細分的話水分子是由氧原子和氫原子構成，原子還能分成原子核和核外電子，然後還有中子，電子，夸克等。

說回原子核，組成原子核的中子質子這類更小的粒子之間有一種叫做核力的作用力。這種作用力很強，強到什麼地步，是電磁力的130倍，至於電磁力有多大，小到可以是生活中的靜電，大點可以說電磁炮的威力，在於產生電磁力的粒子多少與運動形式。但是這個核力有個特點，出了原子核就沒有了，那外面的電子受什麼力呢？庫侖力。好了，不能再說概念了，再說讀者就該走了。

說說核裂變

原子彈的原理就是核裂變，就是那些比較「沉」（質量較大）的原子核（主要是指鈾核或鈽核）裂開變成比較「輕」的碎片。那怎麼讓它裂開呢？給它講笑話，讓它大笑，笑裂開來？當然不是，要用另一個粒子撞它。撞完後結果就是被撞之前的粒子總質量比被撞之後的質量大，說明有一部分質量損失了，那這些質量去哪了？變成能量了。然後再帶入愛因斯坦的著名方程：E=mc²，這裡的E是原子核裂開產生的能量，m是質量，c是光速。雖然原子核的質量不大，但還有光速的平方啊。所以單從公式來看，這個能量也是巨大的。

在鈾原子裂變過程中，損失的質量雖然非常少，但轉化成的能量卻非常巨大。1千克鈾-235裂變釋放的熱量相當於燃燒了約2700噸標準煤。

但是原子彈的爆炸是讓原子核排列組合兩兩相撞嗎？沒那麼麻煩，一個原子核裂變並釋放出2～3個中子，這些中子又會引起另外2個原子核裂變，並釋放出新的中子，這些新的中子又引起周圍原子核裂變，釋放出更多的中子（這個過程被稱為鏈式反應）。所以只需要最初點燃一根火柴就可以看到蘑菇雲了。

既然這個核裂變產生能量這麼大，能用作能源生產嗎？可以，因為我們可以控制鏈式反應，原子彈的爆炸可以說是一種可怕的加速鏈式反應，要利用核裂變產能就要做到低速行駛並且保持勻速。原子彈爆炸有個特點就是中子越來越多，進而核裂變也越來越多。所以只要我們設計某種裝置吸收中子讓核裂變速率一直保持到一個安全數值，原子彈就能變成所謂的核反應堆。

總之，核裂變因為花錢少，產量足而且在不爆炸的情況下還很安全環保，被越來越多的國家接受使用。現已有60多個國家政府考慮採用裂變核能發電。

再說說核聚變

核裂變雖好，但想想如果那個控制核裂變速率的裝置發生故障，那核反應堆不又變成原子彈了嗎？雖然真實的核反應堆是有多重保險的，但想想車諾比和日本核電站爆炸這些事，不免讓我們對可控核裂變產生懷疑：到底能不能控。

所以我們要說說核聚變，那核聚變就可控了嗎？也不輕鬆，那為什麼說它呢？因為核聚變產生的能量是比核裂變高的，而且它不用那些較重的原子核用的是氫的同位素氘和氚。不過也有個條件，核聚變要在高溫高壓的條件下進行，這樣才能讓較輕的原子核聚合到一起形成較重的原子核（通常是氦）。至於產生的能量更多那應該是核聚變反應前後產生了更高的質量差，1千克氘全部聚變釋放的能量相當於11000噸標準煤燃燒釋放的能量。

我們所知的兩個核聚變比如說太陽燃燒內部就是高溫高壓，氫彈引爆也要用原子彈做火柴來製造高溫高壓環境。太陽核聚變可以看做是在持續的高溫高壓的環境下進行的，而氫彈引爆是在那一段時間內高溫高壓的環境下進行的。所以從這裡我們也能得出結論，想要有持續可控的核聚變就要有持續的高溫高壓環境。那問題來了，高溫還好說，畢竟我們都能造出人造太陽了，高壓該怎麼辦？至少在地球上我們還做不到。

但是核聚變也不一定是熱核聚變才行得通，還有一個概念叫冷核聚變，不過這只是個概念。上世紀有人稱研究出來過，但很快遭到了科學圈的猛烈抨擊：今天說你造假明天開除你之類的操作，然後媒體也是瘋狂的跟風罵人。有人認為確實是實驗失誤（不過這個是科學界人士給出的結論，是否客觀有待商榷），有人則認為這是觸及到了主流科學界的利益權威（主流科學是靠熱核聚變發家的，如果冷核聚變成功，大量有關熱核聚變的項目經費將打水漂）。那麼問題來了，這個實驗成功與否到底交給誰來評判？交給外界人士倒是客觀就怕他看不懂，交給內行呢倒是能看懂就怕他不夠客觀。不過真失誤也好被打壓也罷，這個概念還是在新能源探索的道路上給了我們一些希望的。

那既然核裂變和核聚變都有風險，核裂變供能已經很成熟，我們為什麼還要追求條件苛刻的核聚變呢？因為核聚變的資源豐富啊，你核裂變用的鈾要去鈾礦裡去採集，能採個幾十年或幾百年吧，之後呢你用什麼？而核聚變能利用的燃料是氘和氚，其中氘在海水中大量存在。海水中大約每6500個氫原子就有一個氘原子，如此算來，氘的總量大約為45萬億噸。按全世界消耗的能量計算，海水中氘的聚變能可用上幾百億年。

而且核裂變產生的廢料是有放射性汙染的，我們能怎麼辦，一小部分能燒掉就用作燃料了但大部分是被鉛封深埋地下讓它自己衰變，這些放射性廢料的半衰期幾千年到幾十萬年不等，需要長期監控維護，費時又費力。而核聚變則不會產生溫室氣體和核廢料，不用擔心對環境的影響。

總之，未來的新能源趨勢是核聚變，不管是冷的還是熱的，希望在不久的將來科學家能突破各種束縛實現核聚變，造福人類。