人造太陽：能源危機的終結者

高育紅

前不久，美國研究人員用激光點燃一個人造太陽，它就是“美國國家點火裝置”，俗稱“美國人造小太陽”。石油、天然氣、煤炭等不可再生的礦物能源，不僅造成溫室效應，r而且還有枯竭之憂。從長遠來看，核聚變能將是人類未來能源的主導形式，被科學家稱為“能源危機的終結者”。

地球最大的能量來源是太陽。太陽是我們已知的最有效率的一種能量機器，它的內部有大量氫的同位素重氫和超重氫，正發(fā)生著核聚變反應，生成一些大原子，同時發(fā)出光和熱。為了應對可能出現(xiàn)的能源危機，世界上不少國家都在開展人造太陽的核聚變研究。參與美國人造小太陽研究的科學家表示，現(xiàn)有的核電廠和核武器都是采用核裂變的方式來獲得能量，這種能量獲取方式會產(chǎn)生放射性物質，對人類和周邊環(huán)境構成危害。因此，核裂變發(fā)電廠將漸漸退出能源舞臺，而被核聚變發(fā)電廠所代替。

核聚變反應所需要的燃料地球上到處都是，人們不必擔心原料會像石油那樣逐漸枯竭。重氫可以從海水中提取，生產(chǎn)超重氫所需要的鋰元素可以從一般的石頭中提取。這兩種原材料，也就是水和石頭，地球上可以說是無窮無盡的。而且，核聚變反應釋放的能量大得超出人們的想象。形象地說，就是三瓶礦泉水就可以為一個四口之家提供一年的電力。

由于太陽引力巨大，可以讓其中的燃料處于高度壓縮狀態(tài)，氫及其同位素原子的距離變得很小，核聚變可以自然地發(fā)生，但在地球上的自然條件下卻無法實現(xiàn)自發(fā)的持續(xù)核聚變。在氫彈中，爆發(fā)是在瞬間發(fā)生并完成的，可以用一個原子彈提供高溫和高壓，引發(fā)核聚變，但在反應堆里，不宜采用這種方式，否則反應會難以控制。要想讓氘原子和氚原子在特殊的位置發(fā)生碰撞并且發(fā)生聚變，需要1億攝氏度以上的極高溫環(huán)境。因此，人造小太陽的核心技術是點火。

曾經(jīng)有不少科學家認為可控核聚變反應是不可能實現(xiàn)的。近年來，科學家找到了一些點燃核聚變反應的方法，美國研究人員找到的方法是利用高能激光。雖然科學家們也嘗試了其他種核聚變發(fā)生技術，但從已完成的實驗效果看，激光技術是目前最有效的手段。除激光外，利用超高溫微波加熱法，也可達到點燃核聚變的溫度。

美國人造小太陽耗資12億美元，是世界上最大的激光點火裝置，整個激光裝置的大廳有215米長，120米寬，每次激光脈沖持續(xù)時間大約為十億分之一秒，最大輸出能量為1800千焦，其瞬間最大輸出功率為54000億千瓦，是美國所有電廠輸出功率的500倍。如此大功率的激光裝置完全能點燃人造小太陽。

在激光點火裝置內，一束紅外線激光經(jīng)過許多面透鏡和凹面鏡的折射和反射之后，將變成一束功率巨大的激光束。然后，研究人員再將該激光束轉變?yōu)?92束單獨的紫外線激光束，照向目標反應室的聚變艙中心。當激光束照射到聚變艙內部時，瞬間產(chǎn)生高能x射線，壓縮燃料球芯塊直至其外殼發(fā)生爆裂。燃料球芯塊外殼爆裂會產(chǎn)生一種同樣大小的反向作用力，向內壓縮燃料，直到引起燃料內部的核聚變，從而產(chǎn)生巨大能量。

參與此次科研工作的主要是美國加利福尼亞州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的科學家。科學家們實驗的目的就是利用一粒不超過針頭大小的核燃料來產(chǎn)生1億攝氏度的高溫和超過地球氣壓數(shù)十億倍的高壓。如果實驗能夠成功，將標志著具有實際意義的核聚變發(fā)電站建設已經(jīng)邁出了第一步。

據(jù)專家估計，商業(yè)化的核聚變發(fā)電廠最早也要到2050年才會開始運行。這一天還非常遙遠，科學家們還必須通過許多考驗。如果核聚變發(fā)電能夠研究成功，將對人類的能源供應產(chǎn)生最為深遠的影響，它將成為人類有效利用核聚變能的重要一步。