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淺析核聚變對(duì)未來能源發(fā)展的重要性

■董寅

在科技飛速發(fā)展的時(shí)代，人類對(duì)能源的需求越來越高。然而，也伴隨著地球資源的巨大消耗，人類繼續(xù)尋找可替代的清潔能源。于是，核聚變應(yīng)運(yùn)而生。

一個(gè)簡簡單單的方程式，卻蘊(yùn)含著人們對(duì)未來能源的無限想象。

核聚變，顧名思義，即氘核與氚核聚變形成一個(gè)氦核并釋放出一個(gè)中子和大量能量。相對(duì)于裂變來說，聚變反應(yīng)具有更大的發(fā)展空間。首先，輕核聚變產(chǎn)能效率較高，相同質(zhì)量的核燃料，聚變產(chǎn)生的能量更多，一個(gè)氘核和氚核聚變便可釋放出17.6 MeV能量；其次，地球上聚變?nèi)剂系漠a(chǎn)量更豐富，每升水中含有0.03 g氘，而地球上氘的總量可達(dá)40萬億噸；再者，氫核聚變更為安全，清潔。鈾核裂變會(huì)產(chǎn)生大量放射性物質(zhì)，難以清除，而輕核聚變的放射性廢物主要是泄漏的氘，以及其他物質(zhì)，廢物少且更容易處理。

傳統(tǒng)的化石能源，其形成過程需要上萬年的時(shí)間，且釋放的二氧化碳會(huì)加劇地球的溫室效應(yīng)。如每千克甲烷可釋放出50 200 J的熱量，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的25倍，而每千克熱核聚變?nèi)剂暇圩兯懦龅哪芰渴?74.4萬億焦，相當(dāng)于12 800 t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的熱量，其對(duì)環(huán)境的污染也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)化石能源。可見，作為一種新型能源，核聚變能的發(fā)展空間是不容小覷的。

而核聚變是一個(gè)很難控制的反應(yīng)，這需要極高的溫度來加速布朗運(yùn)動(dòng)，從而使氫原子沖破靜電力的作用，被核力(一種強(qiáng)相互作用力)所吸引，并放出巨大能量，但地球上沒有任何一種材料能承受上億攝氏度的溫度?！盀槭裁床蛔屃Ｗ釉谶\(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)聚變呢？”根據(jù)電流的磁效應(yīng)，我們可以利用強(qiáng)大的電流制造出強(qiáng)大的磁場(chǎng)，(qvB=mv2r-1)在速度一定的情況下，磁場(chǎng)越強(qiáng)，粒子運(yùn)動(dòng)半徑越小，從而使高溫下的等離子體被約束在一個(gè)極小的空間內(nèi)，避免了粒子的飛散。但這種方法所需成本過高，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)并不適用。

還有一種方法是慣性約束，主要是把氘和氚的混合物集中在一個(gè)極小的球體內(nèi)，利用激光照射小球，在高溫下，小球內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的反沖力，從而將氘和氚“擠壓”成氦核，由于質(zhì)量虧損，釋放出巨大能量。這種方法所釋放的能量，相當(dāng)于百萬千瓦級(jí)的發(fā)電站，具有可觀的前景。

然而，由于氘核提取的困難以及為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人類不得不轉(zhuǎn)向新的目標(biāo)。阿波羅探月計(jì)劃表明，月球上存儲(chǔ)的氦-3可以百萬噸計(jì)算?？茖W(xué)家表示，氦-3可在核聚變中釋放出大量能量，而且?guī)缀醪划a(chǎn)生放射性污染，被認(rèn)為是21世紀(jì)人類社會(huì)的完美原料。于是，人們把開采月球上的氦-3認(rèn)為是一項(xiàng)“具有神奇色彩的潛力工程”。

科學(xué)如同浩瀚的宇宙，而我們所掌握的只不過是茫茫宇宙中的一粒塵埃。核聚變對(duì)于物理學(xué)的發(fā)展，乃至對(duì)人類生存都有著十分重大的影響。面對(duì)能源危機(jī)，化石能源被新型能源所取代，絕不只是天方夜譚，核聚變必然會(huì)在其中扮演一個(gè)重要的角色，世界能源的格局也必然會(huì)因核聚變而發(fā)生重大的改變。

作者單位：河南省駐馬店高級(jí)中學(xué)583班