實現(xiàn)可控核聚變，創(chuàng)造出經(jīng)濟、安全、可持續(xù)的能源曾經(jīng)是一個未來主義的笑話。不過這一天已經(jīng)近在咫尺了。

　　一個正常的燃煤發(fā)電站每年會消耗幾百萬噸的燃料，并且排放出更多的二氧化碳。燃煤發(fā)電的優(yōu)點在于簡單易行，但缺點也非常顯著。大量的二氧化碳會破壞大氣層，而且長此以往，燃料將會耗盡。顯而易見，世界需要另外一種能源來代替燃燒產(chǎn)生的能源。

　　若干年來，核聚變似乎為這個難題提供了一種解決的方案。使用一小盆水和筆記本電腦電池所含的鋰進行核聚變可產(chǎn)生與燃燒100噸煤同樣的能量而不排放二氧化碳。另外，這種方式本身非常安全，幾乎不會產(chǎn)生任何的放射性廢棄物。而且絕對不用擔心人們會將它和核裂變混淆起來，因為雖樣同樣實現(xiàn)了原子核中蘊藏能量的可控化，核聚變反應(yīng)堆的科學(xué)原理與當前的核裂變反應(yīng)堆依據(jù)的科學(xué)原理截然不同。這似乎好的令人難以置信了……但，這的確是真的。

　　如今一個叫作國際熱核聚變實驗堆(Iter)的聚變反應(yīng)堆正建于法國，預(yù)計將于2020年投入運營。其首要目的是探究聚變能量運用于發(fā)電站的可行性。人們都很期待它的成功，而且目前已有建設(shè)“示范核電站”并在本世紀世紀30年代開始運營的計劃。

　　聚變是太陽持續(xù)發(fā)光的原因。太陽中央呈由電子和質(zhì)子組成的漿狀體，這是因為大量氫在引力作用下向太陽中央聚攏，產(chǎn)生高溫，使得氫原子分解成電子和質(zhì)子。在這種極端條件下，兩個質(zhì)子可以融合在一起，并釋放出能量。若非如此，太陽會在其本身的引力作用下停止燃燒并分解。

　　建設(shè)核聚變反應(yīng)堆的目標是利用與上述相同的基本物理學(xué)原理在地球上生產(chǎn)能源。事實上，我們力圖比太陽更加高效，因為從每千克產(chǎn)生能量的效率來看，太陽比人體要低幾千倍。而這關(guān)鍵不是因為兩個質(zhì)子聚合釋放的能量少。事實上，與人體中的或燃燒煤炭時發(fā)生的普通化學(xué)反應(yīng)相比，核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的能量要多大約一百萬倍。太陽的低效其實是由于在太陽內(nèi)部發(fā)生的質(zhì)子聚合反應(yīng)是極為稀少的：太陽中質(zhì)子大約要經(jīng)過50億年的時間才能發(fā)生聚變。

　　因此，國際熱核聚變實驗堆將不會聚合氫質(zhì)子，而將聚合氘和氚。這二者都比氫重，而且都是氫的同位素(氘比氫原子多了一個中子，氚則多了兩個中子)。質(zhì)量的增加保證了聚變更加容易發(fā)生，再加上實驗堆內(nèi)的反應(yīng)將會以十倍于太陽核心的溫度進行，以500兆瓦的功率——也就是一個小型發(fā)電廠的水平——生產(chǎn)能源是可以實現(xiàn)的。與太陽不同，該實驗堆不能用重力來壓縮等離子體(熱力混合燃料)，而是要用磁鐵將其壓縮入環(huán)形容器中。氘氚聚合反應(yīng)產(chǎn)生新的氦核和新的中子，并釋放出能量。氦核用來加熱等離子體，從而減少用外部能源加熱的需求。中子被吸引到四壁上，加熱四壁。在反應(yīng)堆中，這些熱量可以提取出來，并輸送到整個網(wǎng)絡(luò)。

　　不管用氘還是用氚來創(chuàng)造能源都不是太難，而且至少在未來的幾百年中，這種能量不可能耗盡，因為海水中含有豐富的氘，氚則可以通過使活潑的中子和鋰發(fā)生反應(yīng)來獲取。

　　人們過去常常開玩笑說聚變是未來的能源，但這種說法已經(jīng)不恰當了。用牛津大學(xué)能源研究中心主任克里斯·盧埃林·史密斯教授的話說：“如果擁有足夠的錢，我們現(xiàn)在就基本可以建造一個聚變發(fā)電站，但是這樣并不省錢。我們的挑戰(zhàn)在于讓聚變發(fā)電站安全可靠、能夠參與市場競爭。”這種信心不是毫無根據(jù)的，因為核聚變?nèi)缃褚呀?jīng)變成了位于牛津郡卡拉姆的歐聯(lián)核磁聚變設(shè)備的家常便飯。

　　歐聯(lián)核磁聚變設(shè)備從許多方面看來都是迷你版的國際熱核聚變實驗堆：設(shè)計上大同小異，基本原理則完全相同。歐聯(lián)核磁聚變設(shè)備在過去20年的研究使人們對等離子體特性的了解不斷進步，紊流造成的熱損耗減少，也即效率提高。這些研究使專家們堅信國際熱核聚變實驗堆的時代已經(jīng)來臨。不過不可否認的是，挑戰(zhàn)依然存在：人們還需要設(shè)計能夠存儲熱量并減少中子損失的材料，還需要證明鋰生成氚的可行性，還需透徹研究等離子體燃燒時的化學(xué)性質(zhì)。

　　據(jù)估計，國際熱核聚變實驗堆的建設(shè)將會花費130億歐元(即105億英鎊)，這筆錢跟每年對化石燃料工業(yè)的補貼相比是小巫見大巫，國際能源機構(gòu)估計，僅在2010年一年，化石燃料工業(yè)得到的補助就至少達到4000億美元(即2480億英鎊)。此外，這筆建設(shè)成本由國際熱核聚變實驗堆的七個成員分攤(歐盟、中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國)，攤到英國頭上不過每年幾千萬美元。如果這筆資金利用不善，風險就太大了。

　　如果我們想不再靠燃燒化石燃料而繼續(xù)發(fā)展下去，就必須填補一個巨大的空白。除了太陽能以外，其他的可再生能源都不能滿足這個需求，而且目前尚不清楚是否可再生能源能夠便宜到一定程度，使人們愿意放棄購買化石燃料。毫無疑問，全面投資于對各種可再生能源的研究是明智之舉。對于聚變能源來說，最主要的不是我們是否能開發(fā)它，而是是否能以人們愿意承擔的價格來開發(fā)它。

（來源：yeeyan）