“國(guó)際熱核試驗(yàn)堆”計(jì)劃參加國(guó)將于12月19日在美國(guó)華盛頓決定該計(jì)劃的最終建設(shè)國(guó)。目前參加該計(jì)劃的國(guó)家包括歐盟、加拿大、俄羅斯、日本和韓國(guó)，中國(guó)和美國(guó)也于今年初加入——— 歐洲科學(xué)家希望太陽(yáng)的威力，給地球創(chuàng)造取之不盡、用之不竭的能源。于是，他們將目光鎖定在世界上規(guī)模最大也最雄心勃勃的核反應(yīng)堆國(guó)際計(jì)劃上。核反應(yīng)堆不是很多國(guó)家都有嗎？但這個(gè)反應(yīng)堆與目前各國(guó)用來(lái)發(fā)電的反應(yīng)堆是完全不同的兩個(gè)概念?，F(xiàn)在的核反應(yīng)堆是依據(jù)核裂變?cè)戆l(fā)展起來(lái)的，而科學(xué)家們認(rèn)為，核聚變才會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)無(wú)限的安全的能源。于是，歐盟、日本和加拿大展開(kāi)了激烈角逐——— 法國(guó)出馬志在必得 11月26日，歐盟科技部長(zhǎng)會(huì)議做出一項(xiàng)重大決定：歐盟化解了內(nèi)部矛盾后全力推舉法國(guó)的羅納河口省的卡達(dá)拉什（Cadarache）作為建立“國(guó)際熱核試驗(yàn)堆”（ITER）歐洲唯一的和有力的參選對(duì)象。法國(guó)官員信心十足地表示，雖然日本和加拿大各有優(yōu)勢(shì)，但法國(guó)這次是志在必得，一定會(huì)全力以赴贏得這項(xiàng)涉及約100億美元的國(guó)際計(jì)劃！ 歐盟之所以對(duì)這個(gè)項(xiàng)目如此另眼相看，不僅因?yàn)樗桥c國(guó)際空間站、歐洲加速器、
人類(lèi)基因組計(jì)劃一樣，也是一個(gè)大型的國(guó)際科技合作項(xiàng)目，還因?yàn)樗P(guān)系著人類(lèi)的未來(lái)。建設(shè)熱核試驗(yàn)堆的目的是利用氘和氚等
氫的同位素在數(shù)億攝氏度的高溫下發(fā)生聚變反應(yīng)而產(chǎn)生巨大的“人造太陽(yáng)能”。與當(dāng)前核電站的裂變反應(yīng)相比，核聚變放射性微乎其微，不產(chǎn)生核廢料，可循環(huán)使用。此外，“國(guó)際熱核試驗(yàn)堆”計(jì)劃已十分接近商業(yè)化，因此該計(jì)劃一旦獲得成功，將為人類(lèi)開(kāi)發(fā)新一代戰(zhàn)略能源帶來(lái)一次革命。 目前參加“國(guó)際熱核試驗(yàn)堆”計(jì)劃的國(guó)家包括歐盟、加拿大、俄羅斯、日本和韓國(guó)，中國(guó)和美國(guó)也于今年初加入該計(jì)劃。這一計(jì)劃前期建設(shè)投資約46億美元，工程建設(shè)預(yù)計(jì)于2005年開(kāi)始，用8到10年的時(shí)間完成，此后到2030年間還將追加約50億美元的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行資金。由于投資巨大，建設(shè)國(guó)將從中獲得巨大的科技和經(jīng)濟(jì)利益。歐盟的西班牙、法國(guó)以及日本和加拿大都提出了申請(qǐng)。 法國(guó)媒體分析，雖然科研機(jī)構(gòu)態(tài)度積極，但加拿大政府沒(méi)有在申辦“國(guó)際熱核試驗(yàn)堆”建設(shè)地上進(jìn)行明確表態(tài)，因此實(shí)際上已經(jīng)出局。最終建設(shè)地很可能在法國(guó)與日本兩國(guó)中產(chǎn)生。據(jù)悉，“國(guó)際熱核試驗(yàn)堆”計(jì)劃參加國(guó)將于12月19日在美國(guó)華盛頓決定該計(jì)劃的最終建設(shè)國(guó)。一旦法國(guó)勝出，那么卡達(dá)拉什將成為地球上最“熱”的地方。 將“太陽(yáng)”搬到地球上 核聚變的第一步是要使燃料處于等離子體態(tài)，也即進(jìn)入物質(zhì)第四態(tài)。等離子體是一種充分電離的、整體呈電中性的氣體。在等離子體中，由于高溫，電子已獲得足夠的能量擺脫原子核的束縛，原子核完全裸露，為核子的碰撞準(zhǔn)備了條件。當(dāng)?shù)入x子體的溫度達(dá)到幾千萬(wàn)攝氏度甚至幾億攝氏度時(shí)，原子核可以克服斥力聚合在一起，如果同時(shí)還有足夠的密度和足夠長(zhǎng)的熱能約束時(shí)間，這種聚變反應(yīng)就可以穩(wěn)定地持續(xù)進(jìn)行。等離子體的溫度、密度和熱能約束時(shí)間三者乘積稱(chēng)為“聚變?nèi)胤e”，當(dāng)它達(dá)到10的22次方時(shí)，聚變反應(yīng)輸出的功率等于為驅(qū)動(dòng)聚變反應(yīng)而輸入的功率，必須超過(guò)這一基本值，聚變反應(yīng)才能自持進(jìn)行。 科學(xué)家指出，利用核能的最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)受控核聚變。裂變時(shí)靠原子核分裂而釋出能量。聚變時(shí)則由較輕的原子核聚合成較重的原子核而釋出能量。最常見(jiàn)的是由氫的同位素氘（讀“刀”，又叫重氫）和氚（讀“川”，又叫
超重氫）聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。 核聚變較之核裂變有兩個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)。一是地球上蘊(yùn)藏的核聚變能遠(yuǎn)比核裂變能豐富得多。利用激光核聚變?cè)斫ㄔ斓陌l(fā)電站稱(chēng)為可控聚變能電站，這種電站的主要燃料是氘。氘大量存在于海水的重水之中，特別是海洋表層3米左右的海水里。據(jù)測(cè)算，每升海水中含有0.03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬(wàn)億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過(guò)核聚變可提供相當(dāng)于300升汽油燃燒后釋放出的能量。我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃幸埠写罅康臍洌硗?，從地殼中開(kāi)采的氫也可以為聚變反應(yīng)堆提供大量的燃料。據(jù)推算，利用氫聚變可以輕而易舉地為人類(lèi)提供5000萬(wàn)年之久的能源！可以說(shuō)是真正意義上的取之不盡，用之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。 第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是既干凈又安全。因?yàn)樗粫?huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是干凈的。同時(shí)受控核聚變反應(yīng)可在稀薄的氣體中持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，所以是安全的。目前核電站主要是利用鈾核裂變反應(yīng)釋放出的能量來(lái)發(fā)電的，而鈾核裂變會(huì)產(chǎn)生放射性裂變產(chǎn)物，如果處置不當(dāng)，就可能污染環(huán)境和威脅人類(lèi)健康。而聚變能電站由于聚變反應(yīng)本身不會(huì)產(chǎn)生放射性污染，而誘發(fā)聚變反應(yīng)的又是不產(chǎn)生污染的激光，因此，聚變能是一種沒(méi)有污染的干凈能源。 與利用核裂變的原子能發(fā)電相比，核聚變還具有危險(xiǎn)非常小的特征。超重氫雖是放射性物質(zhì)，但其潛在 的放射危險(xiǎn)卻為原子能發(fā)電的千分之一。此外，如果發(fā)生故障，由于等離子體的溫度下降，核聚變反應(yīng)便會(huì)自動(dòng)停止，不必?fù)?dān)心會(huì)失控。因此，核聚變反應(yīng)堆可以建設(shè)在大都市的近郊。 尋找馴服核聚變的途徑 目前實(shí)現(xiàn)核聚變已有不少方法。最早的著名方法是“
托卡馬克(Tokamaks)”型磁場(chǎng)約束法。它是利用通過(guò)強(qiáng)大電流所產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)，把等離子體約束在很小范圍內(nèi)以實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)條件。雖然在實(shí)驗(yàn)室條件下已接近于成功，但要達(dá)到工業(yè)應(yīng)用還差得遠(yuǎn)。按照目前技術(shù)水平，要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。 另一種實(shí)現(xiàn)核聚變的方法是慣性約束法。
慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固 體，裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發(fā)，受它的反作用，球面內(nèi)層向內(nèi)擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱(chēng)為慣性約束），就像噴氣飛機(jī)氣體往后噴而推動(dòng)飛機(jī)前飛一樣，小球內(nèi)氣體受擠壓而壓力升高，并伴隨著溫度的急劇升高。當(dāng)溫度達(dá)到所需要的點(diǎn)火溫度（大概需要幾十億度）時(shí)，小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過(guò)程時(shí)間很短，只有幾個(gè)皮秒（1皮等于1萬(wàn)億分之一）。如每秒鐘發(fā)生三四次這樣的爆炸并且連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，所釋放出的能量就相當(dāng)于百萬(wàn)千瓦級(jí)的發(fā)電站。 理論和實(shí)踐都證明，輕核聚變比重核裂變釋放出的能量要大得多。利用核裂變，人們已經(jīng)制造出了原子彈，并且通過(guò)反應(yīng)堆加以人工控制，使其按照人們的需要有序地進(jìn)行，成功地將核裂變釋放出的巨大能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這就是原子能發(fā)電。 利用核聚變，人們已經(jīng)制造出了比原子彈威力更大的氫彈，氫彈是炸性（無(wú)控）核聚變。要使核聚變釋放出的巨大能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，即?shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電，也必須對(duì)核聚變實(shí)行人工控制，使其按照人們的需要有序地進(jìn)行，這就是受控核聚變，自20世紀(jì)50年代科學(xué)家提出受控核聚變?cè)O(shè)想以來(lái)，已取得許多重要成果。 受控核聚變比受控核裂變要困難得多、復(fù)雜得多，因?yàn)樗仨毦邆湟韵?個(gè)條件：(1)足夠高的點(diǎn)火溫度，需要幾千萬(wàn)攝氏度甚至幾億攝氏度的高溫；(2)反應(yīng)裝置中的氣體密度要很低，相當(dāng)于常溫常壓下氣體密度的幾萬(wàn)分之一；(3)充分約束，能量的約束時(shí)間要超過(guò)1秒鐘。 1991年11月9日，位于英國(guó)的聯(lián)合歐洲核聚變環(huán)形裝置實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們使用氫的同位素氘、氚混合燃料，成功地進(jìn)行了一次受控核聚變?cè)囼?yàn)，這次試驗(yàn)溫度達(dá)2億攝氏度，約束時(shí)間持續(xù)了2秒，經(jīng)40種不同的檢查，證明是一次成功的、真正的核聚變。除歐共體外，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的
托卡馬克核聚變反應(yīng)堆(TFTR)，法國(guó)和日本的大型托卡馬克裝置，均在進(jìn)行著類(lèi)似的研究和試驗(yàn)。1984年，我國(guó)在西南物理研究院，建成了中型托卡馬克裝置———中國(guó)
環(huán)流器1號(hào)，也取得了許多重要實(shí)驗(yàn)成果。目前，激光技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，使 高溫點(diǎn)火問(wèn)題獲得解決，世界上最大的激光器輸出功率已達(dá)100萬(wàn)億瓦，足夠點(diǎn)燃核聚變之用。此外，利用超高頻微波加熱法也可達(dá)到點(diǎn)火溫度。 核聚變發(fā)電并不遙遠(yuǎn) 今年8月，俄聯(lián)邦核中心宣布，該中心專(zhuān)家利用“火花－5”激光裝置模擬核聚變，獲得相當(dāng)于太陽(yáng)內(nèi)部溫度8倍的高溫。俄研究人員利用12束激光轟擊一個(gè)盛有氘、直徑比人頭發(fā)絲還細(xì)的玻璃管，持續(xù)時(shí)間為0．3納秒（1納秒為十億分之一秒），結(jié)果發(fā)生了核聚變反應(yīng)。該中心專(zhuān)家介紹說(shuō)，他們?cè)谠囼?yàn)中實(shí)際測(cè)得的溫度達(dá)到1億攝氏度，是太陽(yáng)內(nèi)部溫度的8倍。 利用核聚變來(lái)為人類(lèi)創(chuàng)造無(wú)限能源的夢(mèng)想正一步步變成現(xiàn)實(shí)。那么，核聚變發(fā)電何時(shí)可以實(shí)現(xiàn)呢？日本核聚變科學(xué)研究所的藤原所長(zhǎng)說(shuō)：我們核聚變的研究，是以于2050年左右能夠進(jìn)行實(shí)際發(fā)電的驗(yàn)證反應(yīng)堆為目標(biāo)的。而且，我們還期待著，到21世紀(jì)后半期，即使在大都市的郊外也能建設(shè)核聚變發(fā)電站。 各國(guó)之所以如此重視核聚變研究，除了它可為人類(lèi)找到一種用不完的清潔能源外，核聚變?cè)谲娛律弦灿兄卮笥猛荆热?，可以利用它研制真正的“干凈”核武器。早?0世紀(jì)50年代，氫彈就已研制成功并裝備部隊(duì)。但氫彈均是以原子彈作為點(diǎn)火裝置的。原子彈爆炸會(huì)產(chǎn)生大量的放射性物質(zhì)，所以這類(lèi)氫彈被稱(chēng)為“不干凈的氫彈”。采用激光作為點(diǎn)火源后，高能激光直接促使氘氚發(fā)生熱核聚變反應(yīng)。這樣，氫彈爆炸后，就不產(chǎn)生放射性裂變產(chǎn)物，所以，人們稱(chēng)利用激光核聚變方法制造的氫彈為“干凈的氫彈”。傳統(tǒng)的氫彈屬于第二代核武器，而“干凈的氫彈”則屬于第四代核武器。它的發(fā)展不受《全面禁止核試驗(yàn)條約》的限制。由于不會(huì)產(chǎn)生剩余核輻射，因此，它可以作為“常規(guī)武器”使用。 (楊孝文 任秋凌)
