理想的核聚變能源

2012年全球酷熱，全球變暖趨勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)重，迫切需要溫室氣體排放少的清潔能源，受控核聚變是一個(gè)很關(guān)鍵技術(shù)。

核聚變，又稱核融合、融合反應(yīng)或聚變反應(yīng)，是將兩個(gè)較輕的核結(jié)合而形成一個(gè)較重的核和一個(gè)很輕的核（或粒子）并釋放出能量的一種核反應(yīng)形式或過(guò)程。

原子核中蘊(yùn)藏巨大的能量。根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，原子核之凈質(zhì)量變化（反應(yīng)物與生成物之質(zhì)量差）造成能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核，稱為核裂變，如原子彈爆炸；如果是由較輕的原子核變化為較重的原子核，稱為核聚變，如太陽(yáng)持續(xù)發(fā)光發(fā)熱的能量來(lái)源。一般來(lái)說(shuō)，這種核反應(yīng)會(huì)終止于鐵，因?yàn)槠?SPAN lang=EN-US>原子核最為穩(wěn)定。

自然界中最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素，即氘（重氫）與氚（超重氫）的聚變，這種反應(yīng)在太陽(yáng)上已經(jīng)持續(xù)了50億年。兩個(gè)質(zhì)量小的原子氘和氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），會(huì)發(fā)生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴隨著巨大的能量釋放。兩個(gè)輕核在發(fā)生聚變時(shí)因它們都帶正電荷而彼此排斥，然而兩個(gè)能量足夠高的核迎面相遇，它們就能相當(dāng)緊密地聚集在一起，以致核力能夠克服庫(kù)侖斥力而發(fā)生核反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)叫做核聚變。

核聚變的發(fā)現(xiàn)：核聚變過(guò)程于1932年由澳洲科學(xué)家馬克?歐力峰爵士（Mark Oliphant）所發(fā)現(xiàn)。隨后于1950年代早期，他在澳洲國(guó)立大學(xué)（ANU）成立了至今依舊活躍的等離子體核聚變研究機(jī)構(gòu)（Fusion Plasma Research）。

核聚變的優(yōu)點(diǎn)：（1）地球上蘊(yùn)藏的核聚變能遠(yuǎn)比核裂變能豐富得多。據(jù)測(cè)算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬(wàn)億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過(guò)核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊(yùn)藏的核聚變能約為蘊(yùn)藏的可進(jìn)行核裂變?cè)厮茚尦龅娜亢肆炎兡艿?SPAN lang=EN-US>1000萬(wàn)倍，可以說(shuō)是取之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。（2）核聚變既清潔又干凈，不會(huì)產(chǎn)生核裂變所出現(xiàn)的長(zhǎng)期和高水平的核輻射，即不會(huì)產(chǎn)生放射性污染，也不產(chǎn)生核廢料，當(dāng)然也不產(chǎn)生溫室氣體。（3）核聚變安全性更高，受控核聚變反應(yīng)可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進(jìn)行，不維持便會(huì)停止反應(yīng)。綜上所述，氘和氚之核聚變反應(yīng)，是比較理想的能源取得方式。

可控核聚變，俗稱人造太陽(yáng)，因?yàn)樘?yáng)發(fā)光和發(fā)熱的原理就是核聚變反應(yīng)。人們認(rèn)識(shí)熱核聚變是從氫彈爆炸開(kāi)始的?？茖W(xué)家們希望發(fā)明一種裝置，可以有效控制“氫彈爆炸”的過(guò)程，讓能量持續(xù)穩(wěn)定的輸出。科學(xué)家們把這類裝置比喻為“人造太陽(yáng)”。

核聚變的進(jìn)展：目前人類已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規(guī)模，實(shí)現(xiàn)持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出；而觸發(fā)核聚變反應(yīng)必須消耗能量（約1億度），因此人工核聚變的能量與觸發(fā)核聚變的能量要到達(dá)一定的比例才能有經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。科學(xué)家正努力研究如何控制核聚變，但是現(xiàn)在看來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。目前主要的幾種可控制核聚變方式有：超聲波核聚變、激光約束（慣性約束）核聚變、磁約束核聚變（托卡馬克）。

2005年，部份科學(xué)家相信已經(jīng)成功做出小型的核聚變，并且得到初步驗(yàn)證。首個(gè)實(shí)驗(yàn)核聚變發(fā)電站將選址法國(guó)。

美國(guó)慣性核聚變?cè)囼?yàn)，7月5日，192激光向一個(gè)2毫米大小物質(zhì)，以230億分之一秒，發(fā)射了500萬(wàn)億瓦特功率激光，以激發(fā)核聚變，計(jì)劃2年后實(shí)現(xiàn)受控慣性核聚變，到時(shí)可能有240束激光向1毫米物質(zhì)發(fā)射，激發(fā)核聚變，使得輸出能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入能量。這個(gè)計(jì)劃本來(lái)是2010年實(shí)現(xiàn)，但是遇到困難，推遲2年，這次再推遲2年。

中國(guó)也有神光計(jì)劃研究慣性核聚變。中國(guó)用托克馬克核聚變機(jī)構(gòu)，達(dá)到超過(guò)400秒的兩千萬(wàn)度高參數(shù)偏濾器等離子體；獲得穩(wěn)定重復(fù)超過(guò)30秒的高約束等離子體放電，居世界時(shí)間最長(zhǎng)。