ITER,世界最大的托卡马克(国际热核聚变实验堆)
ITER的超导线圈所用超导电缆是中国科学院合肥等离子体物理研究所所制
ITER加热系统原理图:一个中性束注入器和两种高频电磁波将等离子体加热到1.5亿摄氏度
核聚变一旦被驾驭
人类将获理想清洁能源
50多年前,人类已经在地球上实现了发生在太阳内部的氘(dāo)氚(chuān)核聚变过程,这就是氢弹爆炸。
氢弹的成功引爆,让人类真正体会到两个质量最轻的原子核聚合竟会瞬间释放出如此惊人的巨大能量!如果能够按照人们的需要有效地控制这个反应过程,让能量长期地、持续地释放,就可以将这个反应产生的巨大能量拿来为人类发电,实现核聚变能的和平利用。
大家比较熟识的核电,是从上世纪50年代发展起来的和平利用核裂变能技术。与传统的化石燃料经过燃烧排放大量温室气体、污染大气的缺陷相比,核能的利用就清洁多了。可惜核裂变能的利用会产生难于处理的核废料,处理成本相当高,加上安全运行问题时有发生,它依然会给人类的生存环境造成威胁。加上全世界的核燃料资源(铀矿)也只够我们用70年,核能的利用依然无法很好地解决“清洁”和“恒久”两大问题。
受控核聚变一旦能够成功,不但产生的能量巨大,还可以为人类带来理想而恒久的清洁能源。
首先,核聚变所消耗的“燃料”(氘和氚)来自世界上普遍存在的海水,燃料资源极为丰富。一个水分子有两个氢原子,它的同位素氘(亦称“重氢”)与氧原子结合所生成的水称为“重水”,在海水中所占比例虽然小,但是人们只需用蒸馏法就可从海水中取得重水,然后再电解重水就可获得氘。而氚也可以从海水中含量丰富的锂元素中制造出来。因为锂原子在重水反应堆中被中子轰击之后就会分裂成氚和氦。科学家将用锂制的靶件放入重水反应堆内,在中子的照射下得到氚。
尤其重要的是,这个核聚变反应生成的废物是氦,它并不给环境带来污染,这意味着,这种核聚变过程一旦被驾驭,人类将获得一个理想的清洁能源。
从核物理理论和爱因斯坦著名的质量能量转换公式可知,聚变能比裂变能还要大几倍。经测算,l升海水所含的氘产生的聚变能等同于300升汽油所释放的能量;1公斤氘全部聚变释放的能量大致相当于11000吨煤炭所释放的能量;海水中氘的储量足够人类使用几十亿年。这是目前为止没有任何新能源能与之比拟的。
难怪,人们把这种受控核聚变形象地称之为“人造太阳”计划。