|
【导语】一日不掌握可控核聚变，“能源枯竭”这柄达摩克利斯之剑就一日人类在头顶高悬。可控核聚变距离现实并不遥远。 【可控核聚变取得重大突破】 *可控核聚变 = 把火点着+ 别把锅烧穿*  （“国家点火装置”（National Ignition Facility）的靶室） 最近新闻中，与人类前途关系最密切的恐怕要属这一条：美国名为“国家点火装置”的核聚变实验装置实现了释放能量大于消耗的燃料。  （以激光进行惯性约束聚变的图解：1. 激光光束快速加热燃料球表面2. 燃料核遭到挤压3. 当燃料核温度到达1亿摄氏度4. 燃料核发生聚变。） “国家点火装置”拥有192具世界上最强大的激光器，在极短的时间内向“燃料球”发射激光。以往的实验中“点火”反应后释放的能量还不及激光器输入的能量，但这一次首次实现了释放能量大于消耗的燃料。人类向掌握可控核聚变迈出了重要一步。 【什么是可控核聚变？】 两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，这就是核聚变。一公斤的核聚变燃料释放出的能量相当于1000万公斤化石燃料，太阳使用的就是核聚变的能量。  （太阳每秒有6.2亿吨氢发生核聚变，当然，这是不可控的，你没法像调节火锅那样调节太阳的火力） 而可控核聚变是指可以控制核聚变的开启和停止，以及随时可以对核聚变的反应速度进行控制，实现持续、平稳的能量输出。然后，利用核聚变产生的热量将水烧开，并利用烧开的蒸汽推动轮机发电，就是可控核聚变发电的基本模型。  （可控核聚变可以将人类带往未来，而失控的氢弹却有让文明报销的危险） 核聚变被认为是未来人类使用的先进能源之一，在许多科幻作品中都提到了可控的核聚变，如果我们能实现对核聚变过程的精密控制，就可能为全世界提供廉价的能源。可控核聚变与目前的核裂变发电站相比，具有原料储量大、过程及其产物均无污染、不会造成核泄漏等优点。  （可控核聚变发电站原理图） 【可控核聚变难在哪里？】 可控核聚变虽好，但却不容易实现。相比于核裂变过程来讲，核聚变最麻烦的是需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应，而如此高的温度是用传统加热方法所无法达到的。人类研制氢弹时的解决方法是：用核弹引爆氢弹。同时，上亿度的物质足够烧毁任何与其相接触的东西，又是一大麻烦。  （中国的托卡马克“EAST”是国人最熟悉的可控核聚变实验装置） 如果将可控核聚变比作一块用来烧水的蜂窝煤，那么其难点有两个：1、怎样把火点着？2、怎么不把烧水的锅烧穿？并且，要是用炉子烧水时，点燃炉子消耗的能量反而要多于烧炉子释放的能量，就得不偿失了。而本次“国家点火装置”取得的进步，就是终于使得炉子燃烧释放的能量超过了点燃炉子消耗的能量。 【可控核聚变的两种主要思路】  （“国家点火装置”的“燃料球”） 第一种思路以上文提过的“国家点火装置”为代表，叫做“惯性约束聚变” （Inertial confinement fusion）。它的作法是，将多束高能量脉冲激光，在极短时间内同时照射在一个燃料球上。当激光照射在燃料的外层时，使燃料球的外层等离子体化，并产生爆裂。外层爆裂的反作用力会形成震波向内传播，造成内爆，压迫内部形成高压高温，造成自发性的燃烧，产生连锁反应，最终诱发核聚变反应。 简单理解，就是聚变燃料像一个皮球一样受到四面八方均匀积压，最终被挤爆发生了核聚变。  （为“国家点火装置”的激光器提供电能的电缆超过160公里） 中国的“神光”系列与美国的“国家点火装置”原理相同，但“国家点火装置”拥有192个激光器，而“神光3号”仅有32个。同时，法国和日本等国也有类似装置。  （央视报道“神光3号”截图） 第二种思路叫做磁约束聚变 （Inertial confinement fusion），它的作法是，先加热燃料，使它成为等离子体形态，再利用磁场，拘束住高热等离子体中的带电粒子，使它进行螺线运动，进一步加热等离子体，直到产生核聚变反应。  （托卡马克原理图） 目前可以使用托卡马克 （tokamak）技术来达成磁约束聚变，其中以国际热核聚变实验反应堆 （International Thermonuclear Experimental Reactor）为代表。中国的超导托卡马克“EAST”和球形托卡马克“SUNIST”也是此类装置。  （中国“EAST”超导托卡马克实验装置结构示意图）
|
|
|
