未來的能源 人類賴以生存的地球，正在超負荷運行；工業化的文明，不僅使人口幾何倍數的增長，而且對能源的需求也以駭人的速度增長。依靠大量燃燒煤、石油等石化燃料獲得能源，不僅有能源枯竭之虞，也給現代社會帶來了許多難以解決的災難性問題——資源短缺,森林植被破壞，環境污染，溫室效應等等。在保護和改善環境的前提下，開發利用新興能源，是人類生存和社會發展的必然趨勢。20世紀30年代，隨着對原子核研究的深入，人類發現了原子核內蘊藏着巨大的可開發的能量，並開始和平利用原子能的研究。半個多世紀的努力，迄今世界上已有30多個國家建造核電站440多座，發電量占全球的18%。與火電相比，核電是廉價、潔淨、安全的能源；伴隨着受控熱核聚變的即將成功，核能必然成為未來的能源支柱，人類將從“石油文明”走向“核能文明”。 何謂核聚變(nuclear fusion)？世界上每一種物質都處於不穩定狀態，有時會分裂或合成，變成另外的物質。物質無論是分裂或合成，都會產生能量。由兩個氫原子合為一個氦原子，就叫核聚變。太陽的巨大能量就是由核聚變產生的。核聚變的產生機理：原子核都是由質子和中子組成的，質子和中子統稱核子。任何一個原子核的質量總小於組成它的所有核子的質量和，也即核子在組成原子核的過程中，發生了質量虧損，其虧損等於核子結合為核時質量的減少值，用△Ｍ表示。根據愛因斯坦質能關係△Ｅ=ＭＣ2，可知自由核子在結合成原子核時要釋放能量，這個能量稱為原子核的結合能Ｂ。Ｂ=(ＺＭｐ+ＮＭｎ-Ｍ)Ｃ2=△ＭＣ2,其中Ｍｐ、Ｍｎ、Ｍ分別為質子、中子、原子核的能量。一個氘核和一個氚核聚合成氦核時，有17.6Ｍｅ的能量放出，相當於200千克煤的燃燒熱。可見在原子核內蘊藏着大量可利用的能量，輕核的聚變可以獲得大量的能源。 核聚變作為最具有發展前景的新興能源，其主要的魅力在於： 一、核聚變反應的燃料極其豐富。核聚變燃料是氫的同位素氘、氚及惰性氣體氦-3。氘和氚在地球上蘊藏極其豐富。據測，每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚變產生的能量相當於300升汽油，這就是說，1升海水可產生相當於300升汽油的能量。一座100萬千瓦的核聚變電站，每年耗氘量只需304千克。氘的發熱量相當於同等煤的2000萬倍，天然存在於海水中的氘有45億噸，把海水通過核聚變轉化為能源，按目前世界能源消耗水平，可供人類用上億年，可以說是取之不竭的能源。鋰是核聚變實現純氘反應的過渡性輔助“燃料”，地球上的鋰足夠用1萬年～2萬年。我國羌塘高原鋰礦儲量占世界的一半。科學家們發現，以氦-3為燃料的核聚變反應比氘氚聚變更清潔，效益更高，而且與放射性的氘氚不同的是氦-3是一種惰性氣體，操作安全。下世紀初，人類將在月球上開採地球上不存在的氦-3礦藏，用於代替氚，從而使目前世界各地建造的實驗性聚變反應可以攻克關鍵性的難關，使其走上商用成為可能。 二、核聚變能源既乾淨又安全。目前的核電站主要是利用鈾核裂變反應釋放出的能量來發電的，而鈾核裂變會產生放射性裂變產物，如果處置不當，就可能污染環境和威脅人類健康。利用激光核聚變建造的聚變能電站由於聚變反應本身不會產生放射性污染，而誘發聚變反應的又是不產生污染的激光，因此，聚變能是一種沒有污染的乾淨能源；同時受控核聚變反應可在稀薄的氣體中持續地穩定進行，由於核聚變需要極高溫度，一旦某一環節出現問題，燃料溫度下降，聚變反應就會自動中止。也就是說，聚變堆是次臨界堆，絕對不會發生類似前蘇聯切爾諾貝利核(裂變)電站的事故，所以它又是安全的。 三、核聚變能源與太陽能、水能、風能、地熱能等清潔能源相比，可以不受時間和地域的限制, 通過激光核聚變可以為人類找到一種取之不盡、用之不竭、既經濟又實惠的能源。隨着激光核聚變研究的不斷深入，在不遠的將來，人類完全可以用安全、清潔、廉價、豐富的聚變能發電。而這種能源是除了傳統的石油、煤等以外，人類最有希望獲得的乾淨能源。綜上所述，可以看出，核聚變為人類擺脫能源危機展現了美好的前景。 雖然聚變能的開發,將“一勞永逸”的解決人類的能量需求。但是和平利用聚變能還很難實現。實現聚變反應的條件是反應中的原子核必須具有很高的能量來克服兩個電子之間的靜電斥力。據測算，這樣的能量將使氘核的溫度達到5.6108ｋ，此時氣體早已離化成原子核和電子的集合體——等離子氣體，所以實現聚變的難度很大。對於核聚變的此類“點火”問題，激光技術的發展使可控核聚變的“點火”難題有了解決的可能。目前，世界上最大激光輸出功率達100萬億Ｗ,足以“點燃”核聚變。 除激光外,利用超高額微波加熱法，也可達到“點火”溫度。世界上不少國家都在積極研究受控熱核反應的理論和技術。美國、俄羅斯、日本和西歐國家的研究已經取得了可喜的進展。中國在受控核聚變領域也取得了驕人的成績，中國自行設計和研製的最大的受控核聚變實驗裝置“中國環流器一號”，已在四川省樂山地區建成，並於1984年9月順利啟動。它標誌着中國研究受控核聚變的實驗手段又有了新的發展和提高。1999年12月30日，中國中科院等離子體物理研究所的ＨＴ-7超導托卡馬克實驗獲得了穩定可重複的准穩態等離子體，放電時間長達10 71ｓ，標誌着中國磁約束核聚變研究的綜合實力和技術水準達到了國際水平。 隨着受控核聚變技術的發展，在不久的將來，人們便能用上源源不斷、潔淨無污的核電能了， 人類也將最終解決困擾世界的能源危機，我們期待着這一天的到來！
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