石化資源淘汰在即，「人造太陽」開始組裝，人類將進入核能時代
2020-08-07 奇點使者審核-小文
作為太陽系的中心天體，太陽擔起了照明和輸送熱量的重任，而且它一幹就是幾十億年。人類在還不了解太陽之前就崇拜太陽，崇拜它每天都能高掛在天上照耀大地。在科學家對太陽進行深入研究之後，發現太陽幾十億年如一日地燃燒自己、照亮其他星球是有原因的，它的內部無時無刻不在進行著核聚變反應。
於是有科學家提出，既然太陽可以通過核聚變反應產生源源不斷的能量，為什麼人類不能造一個「人造太陽」來滿足自身發展的能源需求呢？因此「人造太陽」的概念被提了出來。然而其他科學家很快意識到核聚變反應並不像核裂變反應那樣好控制，因此遲遲未能實現可控核聚變技術。
世界最大「人造太陽」開始組裝
到了上個世紀八十年代，歐洲科學家開始提出建設「人造太陽」的計劃。此後，這個項目就是由歐洲科學家設計出來的。終於，人類第一個多國共同合作的「人造太陽」項目進入組裝階段。根據報導，在最後一批組件運送到法國南部後，7月28日世界上最大的核聚變裝置「國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）」正式開始組裝。
在正式啟動組裝工作之前，現場迎來了該項目35個國家領導人的遠程視頻見證。作為第一個如此多國家參與的大型項目，外界對它保持著高度的關注。對此很多朋友好奇，這個ITER到底是什麼裝置？為什麼需要多達35個國家參與合作？它會改變現有的能源格局嗎？
什麼是核聚變反應？
在對該項目進行詳細了解之前，讓我們來認識一下「核聚變」的意思。核聚變反應是物理反應中的一種，這種反應指的是質量小的原子核在超高溫、超高壓的環境條件下，導致核外電子擺脫原子核的束縛，為兩個原子核的相互吸引創造條件。一旦兩個質量小的原子核碰撞在一起後，原子核就會發生融合效應形成一個新的原子核，因此該反應又被稱為核融合。
在核融合的過程中，不僅僅有電子從原子中逃逸了出來，原子核內的中子也會出現逃逸現象。微觀領域的電子和中子逃離原子，在宏觀領域就表現為大量能量的釋放。兩個原子相碰撞可以產生巨大的能量，而一堆核反應原料中存在無數原子，如果讓它們都參與核聚變反應，所產生的能量之大可想而知。
ITER是一項什麼樣的計劃？
ITER全稱是「國際熱核聚變實驗堆計劃」，該計劃最早在1985年被提出。但實際上第一個提出人造熱核聚變反應堆的科學家來自蘇聯，而熱核聚變反應堆被蘇聯人稱為「託卡馬克」。在ITER計劃被提出之後，歐洲科學家通過十幾年的努力完成了整個工程的設計。步入21世紀後，更多國家參與到這項計劃中。
最初主導ITER計劃的是歐盟的成員國，法國是東道主國，之後英國、瑞士也加入了東道主行列。2006年後中國、美國、日本、印度等多個國家參與到該計劃的後期建設中。由於多個國家的技術支持、人才支持和資金支持，ITER計劃進展比較順利。當各國負責研發的組件紛紛運到法國南部後，最後的組裝工作正式開始。
託卡馬克和核電站裡核反應堆相比有何優點？
目前核電站裡的核反應堆的工作原理是核裂變反應，該反應需要質量非常高的原子充當反應原料，然後通過原子核的不斷裂變來釋放能量。雖然核裂變反應能夠產生巨大的能量，但是核裂變反應所產生的廢棄物存在較強的放射性，必須經過特殊處理才能進行排汙。再者，核裂變反應堆的運行存在潛在的不安全性，一旦發生核洩漏則會導致環境汙染和人體傷害。
相比之下，核聚變反應的優勢則是多方面的。首先，核聚變反應所需要的原料十分常見，獲取難度較低。目前所有熱核反應中最容易實現的是氘氚的核聚變，而海水中蘊含了豐富的氘元素，氚元素也能夠從豐富的鋰元素中獲取。也就是說，核聚變反應的原料可以只是海水。
其次是效率優勢，一升海水中所含有的氘元素通過核聚變反應可以釋放出300公斤汽油燃燒所釋放的能量，核聚變在反應效率上要比核裂變高一些。最後一點也是最重要的，那就是核聚變反應堆存在固有的安全性，它不像核裂變反應堆那樣存在不穩定因素。而且核裂變反應的產物不具有放射性，反應過程也不會排除溫室氣體和有毒氣體，對環境和生物都是友好的。
三年前，中國的「人造太陽」就已經開始運行，且創下世界紀錄
在研究可控核聚變技術方面，我國的科學家也有不小的成就。我國的人造太陽名為「東方超環」，它同樣是託卡馬克核聚變實驗裝置。據了解，東方超環由中國科學院自主研發，它的目的是模仿太陽進行核聚變反應，從而可以提供源源不斷的友好能源。2017年東方超環投入試運行，最終創下了101.2秒高約束運行的世界紀錄。
2018年，經過試驗東方超環的功率已經超過了10兆瓦，同時它的等離子體中心的溫度第一次達到1億攝氏度，這同樣創下了世界紀錄。目前東方超環的研發工作仍在進行中，不少科學家將可控核聚變技術看作是第四代工業革命的重要技術戰略。值得驕傲的是，目前我國在可控核聚變方面的技術領先世界。
可控核聚變技術有何發展意義？
目前人類掌握的主要是核裂變反應，雖然這種反應方式也會產生巨大的能量，但是它在產生能量的同時也會產生汙染和潛在的危險。核裂變反應的這些安全問題讓科學家將未來的希望寄托在核聚變反應上，因為核聚變的產能方式具有安全、環保、無限原料三大特點。目前人類的能源結構還是以化石能源為主，但地球上的化石能源是有限的，且是不可再生的。
人類想要謀求可持續發展，不僅需要尋求一種可再生的能源，而且該能源還必須對環境和生物友好。符合這類要求的能源有很多，例如太陽能、地熱能、風能等等，但是這些受到氣候、天氣等多種因素的影響，導致無法持續地輸出能源。在這種情況下，核能的優勢就被放大了。
如果不久的未來人類可以進一步掌握可控核聚變技術，那麼人類能源結構可能會發生巨大的改變，傳統的化石能源在全球的影響力將會下降，取而代之的是核能。可以預見的是，在不爆發世界大戰、不出現毀滅性自然災害的情況下，人類文明將會一直往前發展。隨著人類科技水平不斷提高，所研發出的科技產品對能源供應的要求會越來越嚴格。
這就有可能導致傳統化石能源以及自然新能源無法滿足科技發展的需求，如果能夠將可控核聚變與可控核裂變技術同時發展起來，那麼將在很大程度上解決能源供應問題。總而言之，可控核聚變技術將可能是開啟第四代工業革命的鑰匙，同時也將是引領人類文明更上一臺階的力量。
資料來源：
環球科學網 7月29日 《世界最大「人造太陽」啟動組裝！》
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