可控核聚變真實(shí)存在很多人可能懷疑是不是真的能夠做到“可控核聚變”。相比可控核裂變來(lái)講,可控核聚變的優(yōu)勢(shì)在于,可控核聚變俗稱人造太陽(yáng),因?yàn)樘?yáng)的原理就是核聚變反應(yīng),太陽(yáng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行這核聚變反應(yīng),太陽(yáng)的核心其實(shí)就是可控核聚變,可控核聚變是指人們可以控制核聚變的開(kāi)啟和停止,以及隨時(shí)可以對(duì)核聚變的反應(yīng)速度進(jìn)行控制。
1、可控核聚變的難點(diǎn)在哪里?
對(duì)能源的利用方式,決定了人類文明進(jìn)步的程度。懂得了用火,人便從猴變成了人;懂得了用電,人類便進(jìn)入了電氣時(shí)代;掌握了核變,劃時(shí)代的核能時(shí)代便開(kāi)始了,風(fēng)能水能太陽(yáng)能,這些不值一提,因?yàn)樗鼈兊哪茉刺幻芗?,不堪重用。雖然人類已經(jīng)懂得了利用核能,但現(xiàn)在還主要是通過(guò)核裂變的方式獲取能源,看似已經(jīng)很厲害了,但是核裂變是最低端的核能利用方式,
這時(shí)候,核聚變的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了:核聚變不會(huì)產(chǎn)生核輻射污染,完全清潔能源,即便發(fā)生核事故,也不會(huì)像核裂變核電站產(chǎn)生那么恐怖的危害;核聚變的原料為重水,可以從海水中提煉,多的是,而核裂變的原料為鈾,相對(duì)來(lái)說(shuō)就很稀有了。但是核聚變雖然滿星空都是,但可控核聚變實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻并沒(méi)有那么容易,條件要比核裂變要苛刻得多:核聚變的溫度需要1億度,這樣高的溫度實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難,
氫彈是不可控的核聚變技術(shù),氫彈里邊必須要裝一顆原子彈,才能將氫彈引爆。如何實(shí)現(xiàn)這樣的溫度,現(xiàn)在采用的是激光聚焦的方法,即通過(guò)全方位的激光聚焦,讓中心物質(zhì)發(fā)生向心塌縮聚變,但這一技術(shù)說(shuō)起來(lái)容易,做起來(lái)就非常困難。另一個(gè)難度是,如此高的溫度,應(yīng)該找個(gè)什么樣的“容器”來(lái)裝它?這種裝置被稱之為托卡馬克,它的原理是利用磁場(chǎng)將高溫等離子體約束在里邊,
核聚變是兩個(gè)較輕的原子核聚合為一個(gè)較重的原子核,并釋放出能量的過(guò)程。自然界中最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素——氘與氚的聚變,這種反應(yīng)在太陽(yáng)上已經(jīng)持續(xù)了50億年,可控核聚變俗稱人造太陽(yáng),因?yàn)樘?yáng)的原理就是核聚變反應(yīng)。核聚變反應(yīng)主要借助氫同位素,核聚變不會(huì)產(chǎn)生核裂變所出現(xiàn)的長(zhǎng)期和高水平的核輻射,不產(chǎn)生核廢料,當(dāng)然也不產(chǎn)生溫室氣體,基本不污染環(huán)境。
要想控制核聚變必須解決兩個(gè)問(wèn)題,高溫與高壓:高溫可以讓粒子運(yùn)動(dòng)速度加快;高壓,可以是粒子運(yùn)動(dòng)范圍縮小,而這兩個(gè)都能提高粒子相互撞擊的概率,太陽(yáng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行這核聚變反應(yīng)。為什么它能那么穩(wěn)定持續(xù)的輸出能量呢?因?yàn)樘?yáng)發(fā)生反應(yīng)的內(nèi)核,溫度在一千到兩千萬(wàn)度左右,并且有著強(qiáng)大的引力約束,所以原子核相撞的前提就有了。
在地球上要達(dá)到上億度,這么高的溫度的等離子體,增壓才能控制住,保證反應(yīng)裝置不被“燙”壞?目前主流的方法都是磁約束,這些高溫等離子體,被磁場(chǎng)拘在一起,維持聚變的狀態(tài),不停的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如果把核聚變反應(yīng)堆看成一個(gè)火爐,第一個(gè)問(wèn)題就相當(dāng)于“怎么點(diǎn)火”,第二個(gè)問(wèn)題相當(dāng)于“怎么保證不把爐子燒穿”,對(duì)第一個(gè)問(wèn)題的回答,慣性約束激光點(diǎn)火是一條思路。
把聚變?nèi)剂戏旁谝粋€(gè)彈丸內(nèi)部,用超強(qiáng)激光照射彈丸,瞬間達(dá)到高溫,彈丸外壁蒸發(fā)掉,并把核燃料向內(nèi)擠壓,美國(guó)的“國(guó)家點(diǎn)火裝置”和中國(guó)的“神光三號(hào)”等實(shí)驗(yàn)裝置,走的就是這條路。對(duì)第二個(gè)問(wèn)題的回答,磁約束是一條思路,把聚變?nèi)剂献龀傻入x子體(原子核和電子分離,都可以自由流動(dòng)),用超強(qiáng)磁場(chǎng)約束等離子體,讓它們懸空高速旋轉(zhuǎn),不跟容器直接接觸。
EAST等托卡馬克裝置,走的就是這條路,然而這兩條路是互相矛盾的。聚變?nèi)剂先绻幱陟o止,就很難不把容器燒穿;而如果處于運(yùn)動(dòng)中,聚焦點(diǎn)火又變得困難,這就是可控核聚變難度如此之大的原因。人類投入了大量的資源、資金和時(shí)間,卻收效甚微,核聚變幾乎是絕無(wú)僅有的一個(gè),甚至不能確定現(xiàn)在聚變方案,磁約束(托卡馬克、仿星器、箍縮等)、慣性約束是否真的可行,但人類必須堅(jiān)持下去,因?yàn)槲覀兂袚?dān)不起失敗的后果,
2、核聚變?yōu)槭裁床豢煽?難關(guān)在哪里?