实现可控核聚变，创造出经济、安全、可持续的能源曾经是一个未来主义的笑话。不过这一天已经近在咫尺了。一个正常的燃煤发电站每年会消耗几百万吨的燃料，并且排放出更多的二氧化碳。燃煤发电的优点在于简单易行，但缺点也非常显著。大量的二氧化碳会破坏大气层，而且长此以往，燃料将会耗尽。显而易见，世界需要另外一种能源来代替燃烧产生的能源。 若干年来，核聚变似乎为这个难题提供了一种解决的方案。使用一小盆水和笔记本电脑电池所含的锂进行核聚变可产生与燃烧100吨煤同样的能量而不排放二氧化碳。另外，这种方式本身非常安全，几乎不会产生任何的放射性废弃物。而且绝对不用担心人们会将它和核裂变混淆起来，因为虽样同样实现了原子核中蕴藏能量的可控化，核聚变反应堆的科学原理与当前的核裂变反应堆依据的科学原理截然不同。这似乎好的令人难以置信了……但，这的确是真的。 如今一个叫作国际热核聚变实验堆（Iter）的聚变反应堆正建于法国，预计将于2020年投入运营。其首要目的是探究聚变能量运用于发电站的可行性。人们都很期待它的成功，而且目前已有建设“示范核电站”并在本世纪世纪30年代开始运营的计划。 聚变是太阳持续发光的原因。太阳中央呈由电子和质子组成的浆状体，这是因为大量氢在引力作用下向太阳中央聚拢，产生高温，使得氢原子分解成电子和质子。在这种极端条件下，两个质子可以融合在一起，并释放出能量。若非如此，太阳会在其本身的引力作用下停止燃烧并分解。 建设核聚变反应堆的目标是利用与上述相同的基本物理学原理在地球上生产能源。事实上，我们力图比太阳更加高效，因为从每千克产生能量的效率来看，太阳比人体要低几千倍。而这关键不是因为两个质子聚合释放的能量少。事实上，与人体中的或燃烧煤炭时发生的普通化学反应相比，核聚变反应中产生的能量要多大约一百万倍。太阳的低效其实是由于在太阳内部发生的质子聚合反应是极为稀少的：太阳中质子大约要经过50亿年的时间才能发生聚变。 因此，国际热核聚变实验堆将不会聚合氢质子，而将聚合氘和氚。这二者都比氢重，而且都是氢的同位素（氘比氢原子多了一个中子，氚则多了两个中子）。质量的增加保证了聚变更加容易发生，再加上实验堆内的反应将会以十倍于太阳核心的温度进行，以500兆瓦的功率——也就是一个小型发电厂的水平——生产能源是可以实现的。与太阳不同，该实验堆不能用重力来压缩等离子体（热力混合燃料），而是要用磁铁将其压缩入环形容器中。氘氚聚合反应产生新的氦核和新的中子，并释放出能量。氦核用来加热等离子体，从而减少用外部能源加热的需求。中子被吸引到四壁上，加热四壁。在反应堆中，这些热量可以提取出来，并输送到整个网络。 不管用氘还是用氚来创造能源都不是太难，而且至少在未来的几百年中，这种能量不可能耗尽，因为海水中含有丰富的氘，氚则可以通过使活泼的中子和锂发生反应来获取。 人们过去常常开玩笑说聚变是未来的能源，但这种说法已经不恰当了。用牛津大学能源研究中心主任克里斯·卢埃林·史密斯教授的话说：“如果拥有足够的钱，我们现在就基本可以建造一个聚变发电站，但是这样并不省钱。我们的挑战在于让聚变发电站安全可靠、能够参与市场竞争。”这种信心不是毫无根据的，因为核聚变如今已经变成了位于牛津郡卡拉姆的欧联核磁聚变设备的家常便饭。 欧联核磁聚变设备从许多方面看来都是迷你版的国际热核聚变实验堆：设计上大同小异，基本原理则完全相同。欧联核磁聚变设备在过去20年的研究使人们对等离子体特性的了解不断进步，紊流造成的热损耗减少，也即效率提高。这些研究使专家们坚信国际热核聚变实验堆的时代已经来临。不过不可否认的是，挑战依然存在：人们还需要设计能够存储热量并减少中子损失的材料，还需要证明锂生成氚的可行性，还需透彻研究等离子体燃烧时的化学性质。 据估计，国际热核聚变实验堆的建设将会花费130亿欧元（即105亿英镑），这笔钱跟每年对化石燃料工业的补贴相比是小巫见大巫，国际能源机构估计，仅在2010年一年，化石燃料工业得到的补助就至少达到4000亿美元（即2480亿英镑）。此外，这笔建设成本由国际热核聚变实验堆的七个成员分摊（欧盟、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国），摊到英国头上不过每年几千万美元。如果这笔资金利用不善，风险就太大了。 如果我们想不再靠燃烧化石燃料而继续发展下去，就必须填补一个巨大的空白。除了太阳能以外，其他的可再生能源都不能满足这个需求，而且目前尚不清楚是否可再生能源能够便宜到一定程度，使人们愿意放弃购买化石燃料。毫无疑问，全面投资于对各种可再生能源的研究是明智之举。对于聚变能源来说，最主要的不是我们是否能开发它，而是是否能以人们愿意承担的价格来开发它。 |
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