能源革命:科学家明年将点燃"人造太阳"

美国的科学家目前正在进行一项模拟太阳内部热核聚变的实验，该实验将用一粒不超过针头大小的核燃料来产生1亿摄氏度的高温和超过地球气压数十亿倍的高压。如果实验取得成功，人类未来将有望拥有取之不尽、用之不竭的新能源。

实验将于明年春季结束

这项耗资12亿英磅的核聚变实验将于明年春天结束。美国国家点火机构(NIF)的科学家们将利用激光聚焦于氢燃料之上以产生激光聚变。每束激光持续时间大约为十亿分之一秒，浓缩了相当于美国所有发电站1000倍总功率的能量。在核聚变反应室内将因此发生一次剧烈的爆炸，并产生巨大的能量。科学家们实验的目的就是利用一粒不超过针头大小的核燃料来产生1亿摄氏度的高温和超过地球气压数十亿倍的高压。如果实验能够成功，将标志着具有实际意义的核聚变发电站建设已经迈出了第一步，人类将拥有一个取之不尽、用之不竭的能量来源。随着矿物燃料储量的不断减少，各国政府正在寻找一种清洁的能量来源，核聚变发电站也许可以帮助人类解决能源危机问题。而且，作为核聚变反应的必要燃料，氢是地球上最丰富的资源之一。

国家点火机构项目主任埃德-摩西斯介绍说，“我们正在努力制造出与太阳一样的内部环境。核聚变将成为世界上所有能量的来源，其实也就接近了真正的太阳能量。这确实是一个令人兴奋的物理学成果，可以帮助人类解决许多重大的社会、经济和全球难题。”在国家点火机构内，经过多重透镜折射、镜面反射以及放大器放大，一个单独的红外线激光将变成一束能量超过家用灯泡功率100亿倍的激光柱。为了防止有灰尘、杂物等混入激光柱，装置内必须首先要做无尘处理。然后，研究人员再将该激光柱转变为192束单独的紫外线激光柱，照向目标反应室的聚变舱中心。当激光柱照射到聚变舱内部时，将在数十亿分之一秒的时间内产生高能X光射线，压缩燃料球芯块直至其外壳发生爆裂。燃料球芯块外壳爆裂会产生一种同样大小的反向作用力，向内压缩燃料，直到引起燃料内部的核聚变，从而产生巨大能量。

虽然科学家们也尝试了其他种核聚变发生技术，但从已完成的实验效果看，激光技术是目前最有效的手段。如果一切顺利的话，国家点火机构将具备每五个小时点燃一次激光并激发一次核聚变的能力。但是，一个稳定的核聚变发电站需要每秒大约十次的核聚变点火。目前，国家点火机构正准备与英国同行们加强合作，共同致力于核聚变发电站的研究和建设。欧洲的“高功率激光能源研究设施”的目标就是建造一个每两分钟就可以点燃一次核聚变的激光动力反应堆。国家点火机构将使用192个激光束来触发微型冻氢颗粒中的核裂变，所有激光束都比目前工作的激光束要强大得多。国家点火机构负责人爱德-莫斯教授说，“我们的目标是实现一种核裂变形式，这样我们就可以从中取得比投入的能量多得多的能量，这便意味着有可能进行持续不断的核反应--这种聚变可被用来生成能量流。”

有望带来人类能源革命

目前的核电厂和核武器都是采用核裂变的方式来获得能量。然而，由于这种获得能量的方式采用的是对人体和环境造成极大破坏的放射性物质，核武器已被国际社会禁用，核裂变电厂也将渐渐退出能源舞台，最终登上能源舞台的就是核聚变，能源革命可能到此为止，以后人类将因为核聚变发电的成功而不再受能源匮乏的困扰。核聚变反应堆又称为“人造小太阳”，因为太阳和其他恒星本身就是一个巨大的核聚变反应堆，它们内部有大量氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)。在太阳高温高压的环境下，这些氘原子和氚原子不停地撞击而进行聚变反应，因此产生了照亮整个太阳系的巨大热量。

科学家要想让氘原子和氚原子在特殊的位置发生碰撞并且发生聚变，需要1亿摄氏度以上的极高温环境。用核聚变原理造出来的氢弹就是靠先爆发一颗核裂变原子弹而产生的高热，来触发核聚变起燃器，使氢弹得以爆炸。但是，用原子弹引发核聚变只能引发氢弹爆炸，却不适用于核聚变发电，因为电厂不需要一次惊人的爆炸，而需要缓缓释放出来的电能，也就是需要“可控核聚变”。多少年来，可控核聚变反应的梦想一直被许多科学家认为不可能实现。但是，科学家们最近进行的一些实验表明，处理如此高温的物质虽然十分困难，但也并非不可能。激光技术的发展，使可控核聚变的“点火”难题有了解决的可能。目前，世界上最大激光输出功率达100万亿瓦，足以“点燃”核聚变。除激光外，利用超高温微波加热法，也可达到“点火”的温度。

在最初的研究中，加热和容纳等离子体所需的能量超过了核聚变反应所产生的能量。也就是说投入大于产出，因此有科学家称“核聚变反应器是核物理学家的一个价格昂贵的玩具”。由此，1997年美国停止了核聚变反应的研究。然而没过多久，英国的欧洲联合实验室和日本的JT-60核聚变反应器都成功地使核聚变产生的能量大于它消耗的能量。日本研究核聚变反应甚至能达到5.2亿度的高温，每分钟产生的能量比消耗的能量高出25%。这项研究进展打消了一些国家政府的疑虑，进而重新投入资金研究核聚变反应。