实现核聚变：无法轻松碰触的“幻想”

2017/1/18 13:51:13

当航空巨头洛克希德˙马丁公司向媒体公开宣布，将在今后10年内把小规模核聚变付诸实践的时候，你很难想象当时的情景，这个激动人心的消息引起了媒体界的极大轰动。然而，面对如此振奋人心的消息，物理学界却保持了应用的冷静和谨慎。

不久前，在俄罗斯圣彼得堡召开的第25届国际原子能机构(IAEA)聚变能大会，作为全球聚变界研究的“奥林匹克”，是聚变界众多会议中参会人数最多、规模最大、层次最高的国际会议。但在这次大会上，洛克希德˙马丁并没有宣布他们的研究成果，甚至没有派出科学家参加。不能不说这其中的“矛盾”耐人寻味。

据洛克希德˙马丁公司介绍，其著名的研发部门“臭鼬工厂”(Skunk Works)，一直在研究一种新的紧凑型聚变反应堆，并将在10年内让这项技术投入使用。此外，新的反应堆规模会足够小、效率会足够高，从而能够驱动飞行器和发动机。然而，该公司透露的唯一的技术细节仅仅是这个新型反应堆装置具有非常高的β值，这个参量意味着对装置施加一个很弱的磁场就能够产生很强的等离子场。

仅靠这些信息远远无法证明我们对核聚变的研究拥有了足够可靠的进展，更无法使人相信在未来10年内可以凭此开发出具有革命意义的新能源。

众所周知，核聚变是由澳大利亚物理学家马克˙奥利芬特发现的一种核反应。这种物理反应是太阳以及其他恒星能够永不停歇地发光发热的能量来源。如果核聚变能够被人类合理地利用，它将成为一种取之不尽的清洁能源。

顾名思义，核聚变能是较轻的原子核聚合时所释放的能量。是在一个极度高温高压的等离子体环境下，氘和氚的原子核(它们都是氢元素的同位素)通过电磁场结合在一起，并释放出巨大的聚变能。

核聚变的吸引力是有目共瞩的。同裂变相比，他们拥有很多共同的优点，比如都不会产生任何温室气体。然而又不同于核裂变有大量的副产品，核聚变的反应实质是氘氚结合生成氦和具有高能的中子，这个过程非常清洁，不会产生有害的电磁波和核废料。而且核聚变非常的高效，能量利用率很高，唯一的能量损耗仅仅发生在中子击打反应堆屏障时所造成的损失。

氘元素，作为核聚变的燃料，在天然水中有极其丰富的储量。任何一个临近水域的城市都能够轻易的获取这种“廉价”燃料，这将大大缓解由能源储备不均衡所造成的地区局势紧张。核聚变的能量效率很高，使用每公斤燃料，核聚变都将比核裂变多释放4倍的能量，而令人吃惊的是，这个数字是使用煤炭的近1000万倍。

全世界的氘储备足够支撑人类文明继续延续数百万年。因此，如果能够实现核聚变，无论在政治还是经济方面，能源将不再成为人类发展的困扰。

更重要的是，核聚变反应堆从本质上来说是非常安全的。一旦停止加热，反应就会停止。不同于不稳定的核裂变，在核聚变的过程中不会再有核链式反应，因此也不再有反应堆融化甚至爆炸的危险情况。

尽管核聚变的好处是那么的巨大，想要实现它同样充满了挑战。氘氚反应是核聚变反应中最容易被引发的。然而，想要实现氘氚反应仍然需1亿摄氏度的超高温，这是太阳核心温度的6到7倍。

实现核聚变的另一个关键之处在于使等离子体维持在一个高温高压的环境下，并保持足够长的时间从而完成聚变反应。

现在，国际上的研究团体都在致力于开发一种全新的反应堆实验模型“ITER”，这是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。大体上，它的半径约为6米，高60米，重达2.3万吨，拥有长达8万公里的镍锡超导线圈，能够产生5特斯拉的磁场强度。

尽管面临着种种困难，核聚变研究的进展仍令人瞩目。经过30年的不断试验和研究，核聚变的能量输出已经增长了100万倍，现在的实验技术已经可以使能量输出达到千万瓦级别。如果ITER项目最终取得成功，预期将能够产生50亿瓦的能量输出。

如果洛克希德˙马丁想要向世人证明他们的研究成果能够比多国齐力研究的ITER项目更加出色，那他们需要展示更多的数据。然而，马丁公司对参与国际科研团体的冷淡态度也许暗示了他们对媒体关注更加感兴趣，而没有把精力放在科研开发上。

实现核聚变的道路还很漫长，需要所有科学家不断地共同探索。而对于任何技术性的突破我们都应该保持一种相对冷静的态度。