再造“太阳”—受控热核反应

人们在开辟新途径，寻找新能源的过程中，很自然地想到这样一个问题，那就是最理想的新能源是什么呢？经过一番艰苦的探索，终于找到了答案：受控热核反应。古希腊神话中说，地球上的火是勇敢的普罗米修斯从天上偷下来的。1938年，美国的物理学家贝茨最先发现了“天火”——太阳的奥秘，即热核聚变。在太阳上存在着大量氢及其同位素。由于在太阳内部压强很大，温度很高，因而氢的同位素之间连续不断地发生热核反应，释放出大量能量，并向宇宙空间辐射。1954年3月1日，美国模拟太阳热核聚变的原理，在太平洋上的马绍尔群岛成功地爆炸了第一颗氢弹，揭开了人类研究热核反应的新篇章。热核反应所用的元素是氢的同位素氘和氚。
     氘是由美国哥伦比亚大学教授尤里和他的助手们，在 1931年底发现的。他们把4升液态氢在14K下缓慢蒸发，最后只剩下几立方毫米液氢，然后利用光谱分析，结果在氢原子光谱的谱线中发现了一些新谱线，其位置正好与预期的质量数为 2 的氢谱线一致。尤里给它定了一个专门名称Deuterium，中文译名为氘，符号为D。后来英、美科学家又发现了质量数为3的 Tritium，中文译名为氚，俗称“超重氢”，符号为T。尤里因此在1934年获得了诺贝尔化学奖。热核反应的种类很多，从应用观点来看，主要有以下四种： 最有实用价值的是第三种反应，它释放的能量较大，原料易得，且反应的几率较大。也许有人会这样想，倘若热核聚变反应能够进行控制，那么人类所需的能源就根本不用发愁。事实证明，这种想法是正确的。从 50年代起，科学家们就在潜心研究这个问题，题目叫做受控热核反应。这个当代自然科学研究的重大尖端课题前景十分诱人，许多国家为此先后投入了大量的人力和物力。现在已有20多个国家，建立了200多个各种类型的实验装置，开展了大量的实验工作和理论研究。其中，目前世界上最大的也是最先进的受控热核反应装置，是坐落在英国卡勒姆的托卡马克装置，它是供西欧12个国家共同研究用的。实现热核聚变反应条件有三个：一是温度，需达到1亿摄氏度；二是参加反应的氘和氚必须是等离子体，且密度要达2×10²⁰/cm3；三是维持高温的时间在1.5秒以上。这样，氘和氚才能自动进行核聚变。
     目前英国的托卡马克装置所达到的水平是：温度4000万摄氏度；密度0.36×10²⁰/cm；约束时间0.8秒。要实现热核聚变反应的条件，还必须付出极大的努力和花费足够的时间。专家们估计，如果进展顺利的话，受控热核反应可望在2030年开始“点火”。用热核反应作能源优点很多。最突出的优点是原料丰富，海水中约含氘10¹⁷千克，可供人类使用10¹¹年，即几百亿年；单位质量释放的能量大，也就是说，同样质量的热核材料所放出的能量要比核裂变反应大3至4倍，比煤或石油大上千倍；产物基本没有放射性，即使氚有一定的放射性，但它仅是反应的中间产物，比较容易处理，因而对环境没有严重的污染。实现受控热核反应，尽管还有漫长的艰难的路程要走，但是这一宏伟目标一定会实现。到那时，人类真正把“太阳”拿在了手里，即使世界能耗比现在高100倍，也不会再出现能源危机的问题。