理想的核聚变能源

 

2012年全球酷热，全球变暖趋势越来越严重，迫切需要温室气体排放少的清洁能源，受控核聚变是一个很关键技术。

核聚变，又称核融合、融合反应或聚变反应，是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）并释放出能量的一种核反应形式或过程。

原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E=mc2，原子核之净质量变化（反应物与生成物之质量差）造成能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，称为核裂变，如原子弹爆炸；如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核，称为核聚变，如太阳持续发光发热的能量来源。一般来说，这种核反应会终止于铁，因为其原子核最为稳定。

自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素，即氘（重氢）与氚（超重氢）的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年。两个质量小的原子氘和氚，在一定条件下（如超高温和高压），会发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放。两个轻核在发生聚变时因它们都带正电荷而彼此排斥，然而两个能量足够高的核迎面相遇，它们就能相当紧密地聚集在一起，以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应，这个反应叫做核聚变。

核聚变的发现：核聚变过程于1932年由澳洲科学家马克?欧力峰爵士（Mark Oliphant）所发现。随后于1950年代早期，他在澳洲国立大学（ANU）成立了至今依旧活跃的等离子体核聚变研究机构（Fusion Plasma Research）。

核聚变的优点：（1）地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据测算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，可以说是取之不竭的能源。至于氚，虽然自然界中不存在，但靠中子同锂作用可以产生，而海水中也含有大量锂。（2）核聚变既清洁又干净，不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射，即不会产生放射性污染，也不产生核废料，当然也不产生温室气体。（3）核聚变安全性更高，受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行，不维持便会停止反应。综上所述，氘和氚之核聚变反应，是比较理想的能源取得方式。

可控核聚变，俗称人造太阳，因为太阳发光和发热的原理就是核聚变反应。人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置，可以有效控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出。科学家们把这类装置比喻为“人造太阳”。

核聚变的进展：目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出；而触发核聚变反应必须消耗能量（约1亿度），因此人工核聚变的能量与触发核聚变的能量要到达一定的比例才能有经济效应。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。目前主要的几种可控制核聚变方式有：超声波核聚变、激光约束（惯性约束）核聚变、磁约束核聚变（托卡马克）。

2005年，部份科学家相信已经成功做出小型的核聚变，并且得到初步验证。首个实验核聚变发电站将选址法国。

美国惯性核聚变试验，7月5日，192激光向一个2毫米大小物质，以230亿分之一秒，发射了500万亿瓦特功率激光，以激发核聚变，计划2年后实现受控惯性核聚变，到时可能有240束激光向1毫米物质发射，激发核聚变，使得输出能量远远大于输入能量。这个计划本来是2010年实现，但是遇到困难，推迟2年，这次再推迟2年。

中国也有神光计划研究惯性核聚变。中国用托克马克核聚变机构，达到超过400秒的两千万度高参数偏滤器等离子体；获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电，居世界时间最长。

欧盟和日本科学家曾获得最长为60秒的高参数偏滤器等离子体和1次28秒放电。