淺析核聚變對未來能源發展的重要性

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淺析核聚變對未來能源發展的重要性

■董寅

在科技飛速發展的時代，人類對能源的需求越來越高。然而，也伴隨著地球資源的巨大消耗，人類繼續尋找可替代的清潔能源。于是，核聚變應運而生。

一個簡簡單單的方程式，卻蘊含著人們對未來能源的無限想象。

核聚變，顧名思義，即氘核與氚核聚變形成一個氦核并釋放出一個中子和大量能量。相對于裂變來說，聚變反應具有更大的發展空間。首先，輕核聚變產能效率較高，相同質量的核燃料，聚變產生的能量更多，一個氘核和氚核聚變便可釋放出17.6 MeV能量；其次，地球上聚變燃料的產量更豐富，每升水中含有0.03 g氘，而地球上氘的總量可達40萬億噸；再者，氫核聚變更為安全，清潔。鈾核裂變會產生大量放射性物質，難以清除，而輕核聚變的放射性廢物主要是泄漏的氘，以及其他物質，廢物少且更容易處理。

傳統的化石能源，其形成過程需要上萬年的時間，且釋放的二氧化碳會加劇地球的溫室效應。如每千克甲烷可釋放出50 200 J的熱量，其溫室效應是二氧化碳的25倍，而每千克熱核聚變燃料聚變所放出的能量是374.4萬億焦，相當于12 800 t標準煤燃燒放出的熱量，其對環境的污染也遠遠小于傳統化石能源。可見，作為一種新型能源，核聚變能的發展空間是不容小覷的。

而核聚變是一個很難控制的反應，這需要極高的溫度來加速布朗運動，從而使氫原子沖破靜電力的作用，被核力(一種強相互作用力)所吸引，并放出巨大能量，但地球上沒有任何一種材料能承受上億攝氏度的溫度。“為什么不讓粒子在運動的狀態下實現聚變呢？”根據電流的磁效應，我們可以利用強大的電流制造出強大的磁場，(qvB=mv2r-1)在速度一定的情況下，磁場越強，粒子運動半徑越小，從而使高溫下的等離子體被約束在一個極小的空間內，避免了粒子的飛散。但這種方法所需成本過高，對于工業生產并不適用。

還有一種方法是慣性約束，主要是把氘和氚的混合物集中在一個極小的球體內，利用激光照射小球，在高溫下，小球內產生強大的反沖力，從而將氘和氚“擠壓”成氦核，由于質量虧損，釋放出巨大能量。這種方法所釋放的能量，相當于百萬千瓦級的發電站，具有可觀的前景。

然而，由于氘核提取的困難以及為了實現可持續發展，人類不得不轉向新的目標。阿波羅探月計劃表明，月球上存儲的氦-3可以百萬噸計算。科學家表示，氦-3可在核聚變中釋放出大量能量，而且幾乎不產生放射性污染，被認為是21世紀人類社會的完美原料。于是，人們把開采月球上的氦-3認為是一項“具有神奇色彩的潛力工程”。

科學如同浩瀚的宇宙，而我們所掌握的只不過是茫茫宇宙中的一粒塵埃。核聚變對于物理學的發展，乃至對人類生存都有著十分重大的影響。面對能源危機，化石能源被新型能源所取代，絕不只是天方夜譚，核聚變必然會在其中扮演一個重要的角色，世界能源的格局也必然會因核聚變而發生重大的改變。

作者單位：河南省駐馬店高級中學583班