科技大觀：“人造太陽”照亮未來能源之路
來源：人民日報 | 0評論 | 3457查看 | 2013-11-14 19:45:00
太陽普照大地，孕育萬物，其能量來自于內部一刻不停的聚變反應。根據愛因斯坦的質能關系理論，質量虧損可轉化成能量。聚變反應就是兩個較輕的原子核，主要是氫或重氫（氫的同位素），聚合成一個較重的原子核時質量虧損，從而釋放出能量的過程。可以說，核聚變離我們的生活并不遙遠。
聚變反應能產生巨大的能量。一克重氫可產生相當于燃燒8噸汽油的能量。當前，全球依賴的主要能源如石油、天然氣等，終有一天將被耗盡，以煤炭來說，目前探明的儲量僅可再用200年，這意味著人類未來將告別化石能源時代。若能掌控并利用聚變反應，產生源源不斷的新能源，就好比創(chuàng)造出了一個“人造太陽”，可惠及全球，造福子孫后代。
制造“人造太陽”并使其發(fā)生聚變反應，首先需要將重氫加熱到上億攝氏度的高溫，并約束在有限的空間里。聚變反應主要靠兩種方式來約束：一種是磁約束，利用線圈產生強大的磁場，來約束聚變物質；另一種是慣性約束，利用多束強大的激光束或粒子束，聚焦于一個米粒大小的重氫靶丸上，瞬間壓縮產生高溫高壓。由于激光器的效率較低，聚變產出的能量不能彌補激光器消耗的能量，而磁約束的可行性早在上世紀末就已經在歐盟的JET裝置、日本的JT—60裝置上得到驗證：其聚變產生的能量超過投入的能量。
磁約束聚變研究的下一步目標，是實現點火和自持燃燒，也就是用聚變產生的能量來維持聚變反應。為此，歐盟、中國、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同合作，正在法國建造下一代磁約束聚變裝置——國際熱核聚變實驗堆（ITER），即所謂的“人造太陽”計劃，預計將于2020年建成，中國承擔了其中一些部件采購包的制造任務，并積極參與了研制工作。
與目前世界上大多數核電站使用的核裂變技術不同，聚變的燃料和產物不具放射性，而且很容易通過取消核反應條件終止反應，因此不存在失控、核泄漏及核廢料等安全問題。更為重要的是，聚變的燃料重氫在海水中大量存在。每升海水中含30毫克重氫，完全聚變所釋放的能量，相當于燃燒340升汽油。聚變需要的另一種燃料是鋰，地球上鋰的儲量約有2000多億噸，可謂取之不盡、用之不竭。此外，聚變并不會像燃燒化石燃料那樣產生二氧化碳等環(huán)境污染物，它是一種清潔能源。
目前，全球能源需求日益膨脹，科學的能源戰(zhàn)略是持續(xù)繁榮的保障。雖然聚變能研究還有許多科學和技術難題需要解決，但國際熱核聚變實驗堆這一規(guī)?？涨暗膰H技術合作項目，堪稱人類在核聚變研究方面的重大里程碑事件。可以預見，“人造太陽”冉冉升起之時，很可能是全球清潔能源時代到來之際。
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