人造太陽：能源危機(jī)的終結(jié)者

高育紅

前不久，美國研究人員用激光點(diǎn)燃一個(gè)人造太陽，它就是“美國國家點(diǎn)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(yīng)，r而且還有枯竭之憂。從長遠(yuǎn)來看，核聚變能將是人類未來能源的主導(dǎo)形式，被科學(xué)家稱為“能源危機(jī)的終結(jié)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(jī)器，它的內(nèi)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(yīng)，生成一些大原子，同時(shí)發(fā)出光和熱。為了應(yīng)對可能出現(xiàn)的能源危機(jī)，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(xué)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(zhì)，對人類和周邊環(huán)境構(gòu)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(yīng)所需要的燃料地球上到處都是，人們不必?fù)?dān)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(yīng)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(gè)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(shí)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(gè)原子彈提供高溫和高壓，引發(fā)核聚變，但在反應(yīng)堆里，不宜采用這種方式，否則反應(yīng)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(shù)是點(diǎn)火。

曾經(jīng)有不少科學(xué)家認(rèn)為可控核聚變反應(yīng)是不可能實(shí)現(xiàn)的。近年來，科學(xué)家找到了一些點(diǎn)燃核聚變反應(yīng)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(xué)家們也嘗試了其他種核聚變發(fā)生技術(shù)，但從已完成的實(shí)驗(yàn)效果看，激光技術(shù)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(dá)到點(diǎn)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(diǎn)火裝置，整個(gè)激光裝置的大廳有215米長，120米寬，每次激光脈沖持續(xù)時(shí)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(diǎn)燃人造小太陽。

在激光點(diǎn)火裝置內(nèi)，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(zhuǎn)變?yōu)?92束單獨(dú)的紫外線激光束，照向目標(biāo)反應(yīng)室的聚變艙中心。當(dāng)激光束照射到聚變艙內(nèi)部時(shí)，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(nèi)壓縮燃料，直到引起燃料內(nèi)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(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家?？茖W(xué)家們實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺晒?，將?biāo)志著具有實(shí)際意義的核聚變發(fā)電站建設(shè)已經(jīng)邁出了第一步。

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