第91章 可控核聚變(第1/2 頁)

核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，並釋放出能量的過程。自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變，這種反應在太陽上已經持續了50億年。可控核聚變俗稱人造太陽，因為太陽的原理就是核聚變反應。（核聚變反應主要藉助氫同位素。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射，不產生核廢料，當然也不產生溫室氣體，基本不汙染環境）人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。科學家們希望發明一種裝置，可以有效控制“氫彈爆炸”的過程，讓能量持續穩定的輸出。

核能包括裂變能和聚變能兩種主要形式。裂變能是重金屬元素的原子透過裂變而釋放的巨大能量，已經實現商用化。

因為裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少，而且常規裂變反應堆會產生長壽命放射性較強的核廢料，這些因素限制了裂變能的發展。另一種核能形式是目前尚未實現商用化的聚變能。氘在地球的海水中藏量豐富，多達40萬億噸，如果全部用於聚變反應，釋放出的能量足夠人類使用幾百億年，而且反應產物是無放射性汙染的氦。另外，由於核聚變需要極高溫度，一旦某一環節出現問題，燃料溫度下降，聚變反應就會自動中止。

也就是說，聚變堆是次臨界堆，絕對不會發生類似前蘇聯切爾諾貝利核（核裂變）電站的事故，它是安全的。因此，聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。

它利用核能的最終目標是要實現受控核聚變。裂變時靠原子核分裂而釋出能量。聚變時則由較輕的原子核聚合成較重的原子核而釋出能量。最常見的是由氫的同位素氘（讀刀，又叫重氫）和氚（讀川，又叫超重氫）聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。核聚變較之核裂變有兩個重大優點。一是地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。

據測算，每升海水中含有003克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經過核聚變可提供相當於300升汽油燃燒後釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍，可以說是取之不竭的能源。至於氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產生，而海水中也含有大量鋰。

第二個優點是既乾淨又安全。因為它不會產生汙染環境的放射性物質，所以是乾淨的。同時受控核聚變反應可在稀薄的氣體中持續地穩定進行，所以是安全的。實現核聚變已有不少方法。最早的著名方法是託卡馬克型磁場約束法。它是利用透過強大電流所產生的強大磁場，把等離子體約束在很小範圍內以實現上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近·，但要達到工業應用還差得遠。按照現有的技術水平，要建立託卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。

另一種實現核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內。

從外面均勻射入鐳射束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發，受它的反作用，球面內層向內擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束），就像噴氣飛機氣體往後噴而推動飛機前飛一樣，小球內氣體受擠壓而壓力升高，並伴隨著溫度的急劇升高。當溫度達到所需要的點火溫度（大概需要幾十億度）時，小球內氣體便發生爆炸，併產生大量熱能。這種爆炸過程時間很短，只有幾個皮秒（1皮等於1萬億分之一秒）。如每秒鐘發生三四次這樣的爆炸並且連續不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當於百萬千瓦級的發電站。原理上雖然就這麼簡單，但是現有的鐳射束或粒子束所能達到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術上的問題，使慣性約束核聚變仍