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採擷“天火”(2002年6月24日)


  2002年新春,中科院等離子體所的科學家們進行了一次長達數十天的實驗,引起了眾人的矚目。這是一次關於未來新能源——核聚變能的實驗。雖然這些數據煩瑣而深奧,但它卻與我們的未來生活息息相關,它表明我們朝著使用核聚變能的目標又邁進了一步。

  實現電子溫度超過500萬度、中心密度大於每立方米1.01019、長達20秒可重復的高溫等離子體放電;實現了電子溫度超過1000萬度、中心密度大於每立方米1.21019、長達10秒的高參數等離子體放電。

  能源?能源!

  能源是社會發展的基石。以煤炭、石油、天然氣等化石能源替代柴薪的第一次能源革命,帶來了社會、經濟地飛速發展。然而這些寶貴的化石能源就這樣被燒掉了,同時造成了嚴重的污染。據估計,100年後地球上的能源將會枯竭。面對著即將來臨的能源危機,人類開始尋找新能源。

  尋找新能源

  為什麼太陽能源源不斷地向外釋放能量,好像永遠不會枯竭?這個疑問一直縈繞著人類,直到愛因斯坦提出了狹義相對論才解開了這個謎。在極高的溫度下,太陽物質發生核聚變反應,釋放出巨大的聚變能,其中極小的一部分來到地球,成為地球上一切生命和能源之源。

  核聚變能為人所用

  1946年,第一顆原子彈在廣島上空引爆,在這之後不久,氫彈爆炸又獲得成功。原子彈利用的是裂變能,真正應用聚變能的是氫彈。這是人類利用核聚變能的首次成功嘗試。氫彈威力無比,但卻無法控制,一旦釋放就無法挽回。是否可以馴服這只“猛獸”,對聚變能加以控制,使之緩慢釋放,造福人類呢?

  受控熱核聚變的研究

  核聚變反應需要1億度的高溫。要達到如此苛刻的條件談何容易?在這樣高的溫度下,任何材料做的容器都承受不住。那用什麼容器呢?用磁場。科學家設計了一個類似汽車輪胎形狀的容器,在上面加上強大的磁場,原子核在磁場的約束下在環中高速運動,碰撞、聚合。雖然原子核的溫度很高,但在磁場的約束下只在環中心運動,離容器壁很遠,容器壁的溫度就沒那麼高了。這只猛獸終於被科學家馴服,為人所用。

  核聚變能——任重而道遠

  實現受控熱核聚變反應非常困難,目前一次反應只能維持幾十秒的時間,真正實現商用還需要幾十年的時間,但各國學者仍在孜孜不倦地進行著研究。因為實現受控熱核聚變的前景十分誘人。核聚變能是一種高效、無污染、無核輻射危險的新能源。1千克氘釋放的聚變能相當於4千克鈾、660萬千克汽油、1千萬千克煤産生的能量。氘以重水的形式存在於海水中,儲量非常豐富。1千克海水中含有0.03克氘,地球上有1021億千克水,約含1017億千克氘。如果都用於核聚變,將可産生1032億焦耳的能量,足夠人類使用幾百億年。海洋將成為人類取之不竭,用之不盡的能源寶庫。將來科學技術發展了,還有可能實現其它元素(氦、鋰、鈹、硼......)的核聚變,將有可能最終解決能源問題。

  古代神話中,普羅米修斯採集天火,給人類帶來了光明和溫暖。運用現代科技手段,我們將發現更多的可利用的新能源。

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