高翔說,受控熱核反應是聚變反應堆的基礎,聚變反應堆一旦成功,就有望向人類提供清潔而又取之不盡的能源。
物理學家們研究發現,核能可通過三種核反應中的任何一種進行釋放:其一是核裂變,即較重的原子核分裂釋放結合能;其二是核聚變,即較輕的原子核聚合在一起釋放結合能;其三是核衰變,這是原子核在自發衰變過程中釋放能量。
目前,人類已經大規模獲取核能源的是核裂變方式,其是利用原子核裂變反應的能量來發電(核電站)或作為動力驅動,如核動力航母等。核聚變有望被大規模利用,還處於研究過程之中。核衰變主要應用於放射性研究及其應用中。
我國已經是世界上裂變式核能利用大國之一。核裂變式核能利用的問題在於,存在強輻射威脅,防護要求很高,重核廢料也不容易處理,另外還存在核燃料鈾的開採和提料難等問題。與之相比,「人造太陽」不管是聚變中,還是聚變後,相關物質的核輻射威脅都要小得多,安全問題相對而言也更可控。
由於可控聚變反應需要的條件比較高,一旦發生事故,只是造成反應的等離子體約束破裂,聚變反應也會因為反應條件喪失而終止。因此,聚變燃料的保存運輸、聚變電站的運行都比較安全。並且聚變反應堆不產生汙染環境的硫、氮氧化物,不釋放溫室效應氣體。
科學界認為,若實現受控熱核聚變能大規模利用,將從根本上解決人類社會的能源問題。並且核聚變在技術上已經有了可行性。20世紀90年代,在歐洲、日本、美國的幾個大型託卡馬克裝置上,聚變能研究取得突破性進展。不論在等離子體溫度、在穩定性及在約束方面都已基本達到產生大規模核聚變的條件。這為人類利用核聚變能帶來了希望的曙光。
聚變原料取之不盡。其主要燃料中的氘在海水中大量存在,據估計海水中大約每6400個氫原子中就有一個氘原子,海水中氘的總量約45萬億噸。而每升海水中所含的氘完全聚變所釋放的聚變能相當於300升汽油燃料的能量,按世界消耗的能量計算,海水中氘的聚變能可用幾百億年。氚在自然界中十分稀有,但是可以由鋰製造,而鋰在地殼和海水中都大量存在。
據測算,1千克核聚變燃料所產生的電能大約等同於1.1萬噸煤炭,這意味著未來人類將能夠實現廉價獲取更為綠色清潔的能源夢想,對這類能源的追求也是未來全人類發展的大方向。因此,核聚變能被眾多國家寄予了厚望。(記者 李鵬 本專欄與「科普中央廚房」「科學加」客戶端合作建設 || 責任編輯 王小寧)