受控核聚變 曙光初現

人類文明的不斷進步導致能源消耗的急劇增長，世界性的能源危機令人觸目驚心，經科學預測，目前地球上的礦物能源將在幾十至幾百年內枯竭，開發新能源已經刻不容緩。利用受控核聚變反應來發電是最具前景的能源之一。

通常，氫的同位素氘和氚在高溫條件下會形成更重的元素氦，并釋放出大量能量，太陽和其他恒星就是靠這種核聚變產生巨大能量。

受控核聚變之所以受到科學家重視，是因為它具有能量釋放大，實驗資源豐富，成本低、安全可靠等優點，尤其可取的是符合新世紀的環保要求，反應過程不會產生放射性廢料，而目前核電站產生的大量放射性廢料，至今無法妥善處理。因此，人們對它給予了極大的關注。

所謂核聚變最直觀的體現是上個世紀50年代初美國實驗成功的氫彈爆炸，而對這種巨大能量釋放的有效控制至今尚未見到成功的例子。

核聚變反應有如人造太陽，因為它的原理來自于太陽內部產生巨大能量的過程。人為地制造這一反應過程，將它的能量轉換為電力，就是受控核聚變發電。人類圍繞這一和平利用開展的研究，一直沒有停止過。

人類大規模獲取核聚變能是通過氫彈爆炸來實現。但是，這種反應是不可控制的，僅限于作為殘忍的戰爭手段使用。要把聚變反應的過程控制起來，讓它按人類的和平愿望穩定地釋放出聚變能，條件極其苛刻：其一，至少要把核聚變燃料加熱到幾千萬攝氏度以上，電離成運動極為活躍的等離子體；其二，等離子體密度至少要達到每立方厘米100萬億個以上；其三，這樣的等離子體存在時間至少要持續1秒鐘，才能使反應粒子充分碰撞，從而引起聚變反應。

要了解核聚變反應速度控制的難度，首先要從聚變的原理說起。實驗開始，先把核聚變的原料氘或氚加熱至高溫高壓的等離子狀態，同時，利用一個外加磁場將這一團等離子體約束在一定空間范圍內，不讓它們四處飛散或者與容器壁發生碰撞。然后再加熱，直至最終達到核聚變反應的條件。

這時，只要有足夠的核原料陸續投入，核聚變就能持續進行，而且保證能量的逐漸釋放。

在這一過程中，對核燃料的加熱和約束是控制過程的關鍵。但是外加磁場約束，有它的不足之處，以往的核聚變點火通常是把相當于一個普通游泳池那么多的氚燃料約束在磁場中，一直加熱到很高的溫度。

那些高速運動中的粒子撞到容器壁上，就會影響核聚變反應的正常進行，更有甚者，由于它們溫度極高，還有可能燒毀儀器。

前不久，日本大阪大學激光核聚變研究中心與英國盧瑟福研究所利用共同開發的世界最大功率激光器成功進行了一次核聚變反應實驗，瞬間的輸出功率相當于世界電站總數的幾百倍，效率比以往的實驗提高了1000倍。這種新方法首先用激光照射牛空的燃料靶丸，使其爆聚為比普通固體密度大100倍的高密度物質，產生可作為燃料使用的等離子體。然后，再讓超強功率激光通過一個金質的錐形筒，聚射到直徑只有0．5毫米的燃料靶丸上，將這些超高密度的核燃料在十億分之一秒內加熱到1千萬攝氏度以上，從而引發聚變反應。

實驗通過提高激光功率使反應達到了連續點火燃燒狀態，為核聚變用于發電鋪平了道路。原子核相互碰撞引發核聚變反應，使用的燃料是氘和氚，但是必須在高溫高壓環境下對其約束，在這一點上，這種激光核聚變格外引人注目。

日本和英國共同完成的這一實驗，利用超強功率激光從多角度把燃料爆聚成燃料靶丸，經過進一步高溫、高壓引起核聚變反應。專家們分兩個階段壓縮、加熱燃料，稱其為高速點火方式。

將來用于發電時，爆聚、燃燒可反復進行，逐漸釋放能量。原子核之間相互碰撞引發核聚變，能量以中子方式發生。這些中子被液態的鉛鋁合金吸收，經換熱器產生蒸氣，送往汽輪機用于發電。反應過程中，爐內的燃料靶丸連續受激光照射，核聚變不會中斷。

為了充分吸收這些中子，爐內壁有液體鉛鋁合金流動。與以往的外加磁場約束方式相比，激光方式所用的爐體構造簡單，大幅節省空間，更便于交通工具等小型設施上的應用。歐美核能機構對這一方式給予極大關注，準備將其引用到受控核聚變的大型實驗中去。 不過激光方式也并非十全十、美，實用化前同樣面臨幾個需要迫切解決的問題。

首先，靠激光照射為連續反應提供熱量，不得不對高溫采取相應對策，另外、燃料靶丸體積微小，照射它的激光束必須達到相當高的精度，而且發光效率也有待進一步提高，需要透光性更好的鏡頭。

今年2月，國際熱核實驗反應堆計劃的成員國在俄羅斯圣彼得堡做出決定，將于2013年以前建成世界第一座熱核反應堆，地點將在西班牙、法國、加拿大和日本4個國家之間做出選擇。

工程計劃于2006年動工，總造價40億美元，是繼國際空間站之后最大的國際科學合作項目。