科技大观：“人造太阳”照亮未来能源之路
来源：人民日报 | 0评论 | 2712查看 | 2013-11-14 19:45:00
太阳普照大地，孕育万物，其能量来自于内部一刻不停的聚变反应。根据爱因斯坦的质能关系理论，质量亏损可转化成能量。聚变反应就是两个较轻的原子核，主要是氢或重氢（氢的同位素），聚合成一个较重的原子核时质量亏损，从而释放出能量的过程。可以说，核聚变离我们的生活并不遥远。
聚变反应能产生巨大的能量。一克重氢可产生相当于燃烧8吨汽油的能量。当前，全球依赖的主要能源如石油、天然气等，终有一天将被耗尽，以煤炭来说，目前探明的储量仅可再用200年，这意味着人类未来将告别化石能源时代。若能掌控并利用聚变反应，产生源源不断的新能源，就好比创造出了一个“人造太阳”，可惠及全球，造福子孙后代。
制造“人造太阳”并使其发生聚变反应，首先需要将重氢加热到上亿摄氏度的高温，并约束在有限的空间里。聚变反应主要靠两种方式来约束：一种是磁约束，利用线圈产生强大的磁场，来约束聚变物质；另一种是惯性约束，利用多束强大的激光束或粒子束，聚焦于一个米粒大小的重氢靶丸上，瞬间压缩产生高温高压。由于激光器的效率较低，聚变产出的能量不能弥补激光器消耗的能量，而磁约束的可行性早在上世纪末就已经在欧盟的JET装置、日本的JT—60装置上得到验证：其聚变产生的能量超过投入的能量。
磁约束聚变研究的下一步目标，是实现点火和自持燃烧，也就是用聚变产生的能量来维持聚变反应。为此，欧盟、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同合作，正在法国建造下一代磁约束聚变装置——国际热核聚变实验堆（ITER），即所谓的“人造太阳”计划，预计将于2020年建成，中国承担了其中一些部件采购包的制造任务，并积极参与了研制工作。
与目前世界上大多数核电站使用的核裂变技术不同，聚变的燃料和产物不具放射性，而且很容易通过取消核反应条件终止反应，因此不存在失控、核泄漏及核废料等安全问题。更为重要的是，聚变的燃料重氢在海水中大量存在。每升海水中含30毫克重氢，完全聚变所释放的能量，相当于燃烧340升汽油。聚变需要的另一种燃料是锂，地球上锂的储量约有2000多亿吨，可谓取之不尽、用之不竭。此外，聚变并不会像燃烧化石燃料那样产生二氧化碳等环境污染物，它是一种清洁能源。
目前，全球能源需求日益膨胀，科学的能源战略是持续繁荣的保障。虽然聚变能研究还有许多科学和技术难题需要解决，但国际热核聚变实验堆这一规模空前的国际技术合作项目，堪称人类在核聚变研究方面的重大里程碑事件。可以预见，“人造太阳”冉冉升起之时，很可能是全球清洁能源时代到来之际。
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