核聚變:41年秘造“人造太陽(yáng)”的中國(guó)實(shí)驗(yàn)
我有一個(gè)美打砂機(jī)好的愿望,
長(zhǎng)GZ電磁震動(dòng)給料機(jī)大以后去播種太陽(yáng)。
&nb輸送設(shè)備sp; 僅種一顆就夠了,
會(huì)結(jié)出許許多多的太板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)陽(yáng)。
 TD、D型斗式提升輸送機(jī); 一顆送給南極一顆送給北冰洋,
 熱礦篩; 一個(gè)掛在冬天一個(gè)掛在晚上。
到破碎篩分那個(gè)時(shí)候,
世界大型圓振動(dòng)篩上的每個(gè)角落都會(huì)溫暖、明亮。
&nbs螺旋進(jìn)料器p;———摘自兒歌《種太陽(yáng)》
⊙1987年,國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆項(xiàng)目ITER的概念設(shè)計(jì)誕生,被稱為“人造太陽(yáng)”計(jì)劃。在進(jìn)入“人造太陽(yáng)”基地的工作人員中,將有10%的中國(guó)科振動(dòng)電機(jī)學(xué)家身影。這也是中國(guó)迄今為止參與的最大一項(xiàng)國(guó)際科學(xué)合作計(jì)劃。有專家告訴記者,以往人們將核聚變實(shí)驗(yàn)裝置稱為“人造太陽(yáng)”,其實(shí)這是一種誤解。真正的“人造太陽(yáng)”是ITER計(jì)劃所要實(shí)現(xiàn)的圖景。
⊙反對(duì)者曾經(jīng)把ITER計(jì)劃比喻為冷戰(zhàn)時(shí)代的“最后遺產(chǎn)”;更多人寧愿認(rèn)為,這是一場(chǎng)時(shí)間和資金ZSL系列大型冷礦振動(dòng)篩消耗巨大的賭博———如果失敗,輸?shù)舻膶⑹菬o(wú)數(shù)天才的頭腦,以及數(shù)以百億美元計(jì)的資金;如果成功,則將為人類解決能源恐慌打開(kāi)一個(gè)夢(mèng)幻般的前景,意義深遠(yuǎn)。
⊙在中國(guó),公垂直螺旋輸送機(jī)眾對(duì)“人造太陽(yáng)”知之甚少。約有2000多名專業(yè)人員追逐“人造太陽(yáng)”,并集中在核工業(yè)西南物理研究院、中科院等離子所?!叭嗽焯?yáng)”計(jì)劃,目前有多少檔案可以解密?帶著這一問(wèn)題,記者走進(jìn)核工業(yè)西南物理研究院———
&nbs制砂生產(chǎn)線設(shè)備p;家住成都市雙流縣白家鎮(zhèn)黃棘路65歲的王進(jìn)忠,在家門口一抬頭就能看到核工業(yè)西南物理研究院的大門。
FTS-190型旋轉(zhuǎn)篩 “對(duì)面就是研制人造太陽(yáng)的!”“啥子人造太陽(yáng)?”一段對(duì)話,讓王進(jìn)忠瞪大了眼睛:“活了一輩子,我就沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)啥子‘人造太陽(yáng)’。”
王進(jìn)忠的突然吃驚,印證了科學(xué)家數(shù)砂石料篩分設(shè)備十年“盜天火”的事實(shí):人類研制“人造太陽(yáng)”已經(jīng)50年,建造上百個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置,科研人員1.2萬(wàn)多人,每年經(jīng)費(fèi)超過(guò)20億美元。
記者采訪時(shí),恰遇院長(zhǎng)潘傳紅正為原核工業(yè)集團(tuán)公司科技委主任錢皋韻院士查找一篇1957年發(fā)表的論文,標(biāo)題是《共產(chǎn)主義時(shí)代的能源———核聚變能》。潘傳紅到資料室查找了大半天,終于找到。他很感慨,當(dāng)時(shí)眾多專家?guī)еで槎鴣?lái),追逐“人造太陽(yáng)”的夢(mèng)想,轉(zhuǎn)瞬間已延續(xù)了41年。
絕密核聚變研究與“863”計(jì)劃
自1973年以來(lái),人類共向地球索取了5000億桶(約合800億噸)石油,按現(xiàn)有生產(chǎn)水平匡算,剩下的石油還可保證開(kāi)采44年。天然氣也只能持續(xù)開(kāi)采50多年,一些國(guó)家的煤炭資源已采掘殆盡。屆時(shí),電燈不能發(fā)光、可燃燒物全部消失……人類將面臨永無(wú)止境的黑暗和寒冷。
每次有專人來(lái)訪,潘傳紅總要帶客人逛逛大院,看看他和科研人員的“寶貝兒子”———“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置。眼下有兩件事令他欣慰,一件是實(shí)驗(yàn)裝置加熱達(dá)到5500萬(wàn)℃,一件是將有4名部下離開(kāi)故土前往法國(guó),加入世界大科學(xué)項(xiàng)目ITER熱核實(shí)驗(yàn)堆建設(shè)。
“這是中國(guó)的驕傲!”潘傳紅一臉陽(yáng)光。他話鋒一轉(zhuǎn),“盡管離‘太陽(yáng)’發(fā)光為時(shí)尚遠(yuǎn),但‘太陽(yáng)’露出的晨曦,人類終會(huì)瞧見(jiàn)。”
二戰(zhàn)前,人們普遍認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)現(xiàn)可控制的核聚變反應(yīng),是科學(xué)狂人的異想天開(kāi)。然而,1942年,芝加哥裂變反應(yīng)堆釋放出有用中子,改變了科學(xué)家的看法。有科學(xué)家甚至預(yù)言:21世紀(jì)傳給后人的紀(jì)念碑,將是聚變反應(yīng)堆。“因?yàn)樗梢砸粍谟酪莸亟鉀Q未來(lái)的能源危機(jī)?!?
如此美好前景,令世界發(fā)達(dá)國(guó)家傾囊而動(dòng),誰(shuí)都希望自己跑在前面,獨(dú)占鰲頭。從上世紀(jì)50年代初起,美、英、前蘇聯(lián)三國(guó)投入相當(dāng)大的力量,在絕密狀態(tài)下展開(kāi)研究。隨后,法國(guó)、日本、意大利等國(guó)也不甘落后,強(qiáng)勢(shì)加入。
但是,實(shí)現(xiàn)輕核聚變反應(yīng)并非“燒錢”那么簡(jiǎn)單,更重要的是要掌握它的科學(xué)規(guī)律。幾個(gè)核大國(guó)試圖通過(guò)“磁鏡”、“仿星器”等途徑,打開(kāi)磁約束聚變之大門,并揚(yáng)言“再過(guò)二三十年就能應(yīng)用”??蓪?shí)際上,悶頭搞了10余年后,這項(xiàng)研究依然“看不到希望”。于是開(kāi)始解密。
1965年,我國(guó)最早的核聚變研究單位———黑龍江原子核物理研究所,由東北邊陲哈爾濱遷至四川樂(lè)山。41年過(guò)去,幾經(jīng)更名、兩度易址,成了現(xiàn)在的核工業(yè)西南物理研究院。潘傳紅說(shuō),當(dāng)時(shí)的條件十分艱苦,傳遞到科技人員手中的資料,只有一張核聚變反應(yīng)裝置的照片和幾個(gè)簡(jiǎn)單的參數(shù)。
“三線”建設(shè)20年,西物院建成17臺(tái)中小型受控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,占據(jù)國(guó)內(nèi)4/5?!白钚〉闹挥羞@么大?!迸藗骷t兩手一比劃,居然小到可以放置于寫字臺(tái)上。1984年,我國(guó)最大的受控實(shí)驗(yàn)裝置———中國(guó)環(huán)流器一號(hào)建成?!皬哪且院?,世界核聚變研究領(lǐng)域才真正出現(xiàn)中國(guó)的名字?!?
此刻,能不能繼續(xù)做下去的疑問(wèn)悄然冒出:“看不到任何希望,不搞也罷”;“科技必須走進(jìn)經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng),而不是漫天狂想”。那時(shí)候,擔(dān)任副所長(zhǎng)的潘傳紅也著急:“科學(xué)界,如果不未雨綢繆,還叫科學(xué)界嗎?”
1986年,中國(guó)高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)正式出臺(tái),經(jīng)反復(fù)遴選,“聚變-裂變混合堆”項(xiàng)目列入“863”計(jì)劃。這在國(guó)內(nèi)核科學(xué)界引起巨大反響,并由此穩(wěn)定了聚變科研隊(duì)伍。
走進(jìn)西物院樂(lè)山老基地,這里已變成一所大專院?!啥祭砉ご髮W(xué)工程技術(shù)學(xué)院。從1965年到1990年,西物院在這里整整耕耘了25年。當(dāng)年轟動(dòng)一時(shí)的中國(guó)環(huán)流器一號(hào)實(shí)驗(yàn)裝置,依然保持原貌,訴說(shuō)著25年的激情揮灑。一塊“愛(ài)國(guó)主義教育基地”的牌子,醒目地掛在大門旁。
提起當(dāng)年的難忘時(shí)光,潘傳紅記憶猶新?!暗沁^(guò)山的人都知道,當(dāng)你歷經(jīng)千辛萬(wàn)苦登上一座山峰后,往往會(huì)看到,前面還有更高的山峰等你去征服?!?
1994年,西物院又改建成功中國(guó)環(huán)流器新一號(hào)裝置。在該裝置的物理實(shí)驗(yàn)中,他們?nèi)〉昧说入x子體電流320千安、等離子體放電持續(xù)時(shí)間4秒的實(shí)驗(yàn)參數(shù),達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。從“瞎子摸象”到“跟蹤別人”,再到“獨(dú)創(chuàng)研究”,潘傳紅動(dòng)情地說(shuō),“每一步都跨得很艱難”。
西物院的科技人員心里清楚,“新一號(hào)”裝置在取得輝煌成就后,終將退到歷史的幕后。
因此,早在“七五”期間,西物院就提出在21世紀(jì)初建成堆芯模擬裝置———中國(guó)環(huán)流器二號(hào)的初步方案。工程分兩期鋪開(kāi),第一期定名為中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A。
之后,由于德國(guó)斥巨資再建一個(gè)更大型的裝置,經(jīng)過(guò)對(duì)俄羅斯、加拿大、中國(guó)的考察,將原有的托卡馬克裝置主機(jī)無(wú)償贈(zèng)送給了西物院。2002年,中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A裝置即在此基礎(chǔ)上建成并成功投入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。
“我們本來(lái)有能力自己干,但得花高達(dá)9位數(shù)的資金。”潘傳紅說(shuō),“醉翁之意不在酒”,當(dāng)時(shí)還有一個(gè)“野心”,就是要引進(jìn)先進(jìn)裝置的關(guān)鍵部件,建造我們自己的“殺手锏”。
一西一東,成都、合肥各有所長(zhǎng)
西物院集中“火力”的是物理研究,中科院等離子所在超導(dǎo)技術(shù)上有特色,兩邊的主攻方向不一樣。作為中國(guó)核聚變研究的頂級(jí)隊(duì)伍,將分擔(dān)ITER的兩項(xiàng)核心技術(shù)研發(fā)———中子屏蔽技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)。前者是聚變反應(yīng)中避免污染環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù),后者則將提供反應(yīng)所需的強(qiáng)磁場(chǎng)。
走向演講臺(tái),展開(kāi)長(zhǎng)達(dá)8頁(yè)的報(bào)告,楊青巍抑揚(yáng)頓挫地發(fā)表了近半小時(shí)的激情演說(shuō)。主題只有一個(gè):核聚變。2006年10月,第21屆世界聚變能大會(huì)在成都召開(kāi)。800多名國(guó)際核聚變頂級(jí)科學(xué)家聚會(huì)成都,他們的目標(biāo)也只有一個(gè):核聚變。
楊青巍是西物院托卡馬克實(shí)驗(yàn)與診斷研究室主任,3名登上此次演講臺(tái)的科學(xué)家之一。作完報(bào)告,ITER項(xiàng)目副總干事切瓦諾夫握著他的手久久不放,大加贊賞:“‘中國(guó)速度’讓人吃驚!”
稀疏的頭發(fā),才40出頭,“老楊”的稱呼卻早讓同事們叫得爛熟?!皬奈覀冞@代算起,有三代人了。”楊青巍告訴記者,核聚變從可行到商用,要經(jīng)歷試驗(yàn)堆、示范堆、商用堆、商業(yè)化等階段,大約要50年時(shí)間。“眼下處于第一階段,可見(jiàn)核聚變殊為不易。”
來(lái)到聚變科學(xué)所實(shí)驗(yàn)大樓,穿過(guò)放置著幾十臺(tái)計(jì)算機(jī)的中央控制大廳,從一個(gè)窄小的入口進(jìn)入,眼前豁然開(kāi)朗:一個(gè)占據(jù)房間2/3空間的龐然大物居中擺放著,主體呈橢圓形,像一個(gè)倒扣著的大漏斗展現(xiàn)在記者面前。四周延伸出幾個(gè)三角形的“角”,整體如一枚巨大的五角星形狀。物體正面掛著一面五星紅旗,旁邊寫著“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A”。中國(guó)環(huán)流器二號(hào)A裝置是國(guó)家大科學(xué)工程,“你別小看它,這將是未來(lái)核聚變反應(yīng)堆的關(guān)鍵部件?!睏钋辔≌f(shuō)。
除了地處成都的西物院,中國(guó)還有一個(gè)專事“人造太陽(yáng)”的單位———位于合肥的中科院等離子所?,F(xiàn)在運(yùn)行的兩套托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置,成都、合肥遙相呼應(yīng),聚集了全國(guó)80%的核聚變專業(yè)人才。
2006年,中國(guó)“九五”重大科學(xué)工程之一———世界上第一座“全超導(dǎo)”托卡馬克裝置EAST在中科院等離子所建成。由于它的位形和即將建造的ITER裝置極為相似,科技部部長(zhǎng)徐冠華特意向世界各國(guó)科學(xué)家發(fā)出“英雄帖”:歡迎到這一裝置上“做實(shí)驗(yàn)”。
這樣的說(shuō)法,是否意味著合肥那顆“人造太陽(yáng)”更亮呢?楊青巍認(rèn)為,西物院集中“火力”的是物理研究,中科院在超導(dǎo)技術(shù)上有特色,兩邊主攻方向不一樣,不好簡(jiǎn)單作比較。但可以肯定的是,作為國(guó)內(nèi)核聚變研究的頂級(jí)隊(duì)伍,將分擔(dān)中國(guó)承擔(dān)的ITER計(jì)劃任務(wù)。
“無(wú)論是中科院還是西物院,當(dāng)我們走上國(guó)際舞臺(tái)時(shí)就只有一個(gè)名字,中國(guó)?!?
久攻不下,“多國(guó)部隊(duì)”大牽手
ITER項(xiàng)目耗資將超過(guò)100億美元,46億用于反應(yīng)堆的建設(shè),48億用于后期開(kāi)發(fā),剩余資金則用于實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后的拆除工作。作為參與國(guó),中國(guó)將承擔(dān)10%的資金。占世界人口一半左右的7方聯(lián)合為后代尋找新的潔凈能源,意義不亞于“人類基因工程”和“國(guó)際空間站”。
2006年11月21日,比利時(shí)首都布魯塞爾。一項(xiàng)影響未來(lái)的《國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆聯(lián)合實(shí)施協(xié)定》草簽,ITER計(jì)劃進(jìn)入正式執(zhí)行階段。
“我親自參與了中國(guó)加入ITER的論證、談判。”一番尋找,潘傳紅從書柜里抱出兩本聘任書,頗為自豪。2002年9月,科技部成立5人科學(xué)家小組,評(píng)估中國(guó)加入ITER計(jì)劃的可能性,潘傳紅正是專家組成員之一。2003年2月,專家委員會(huì)參加談判,潘傳紅再度出馬。
氫彈爆炸后,世界多國(guó)都在秘密搞聚變研究,“撞墻”后一抬頭,發(fā)現(xiàn)這一龐大工程還遙遙無(wú)期。于是封鎖解凍,各國(guó)開(kāi)始了聚變研究的交流,既競(jìng)爭(zhēng)又合作。
1985年,在瑞士日內(nèi)瓦舉行的峰會(huì)上,前蘇聯(lián)、美國(guó)提議,聯(lián)合歐、日啟動(dòng)ITER計(jì)劃。10余年的磕磕碰碰后,四方終于制訂出首個(gè)ITER設(shè)計(jì)方案。但是,高達(dá)100億美元的預(yù)算,足以讓人望而生畏。修改設(shè)計(jì)、最大程度地減輕經(jīng)濟(jì)上的壓力,不可避免。
2001年,由ITER技術(shù)總部主持的新設(shè)計(jì)終于完成———預(yù)算從最初的100億美元下降到46億美元,預(yù)計(jì)建造期為八年到十年,之后將運(yùn)行20年。但資金壓力仍然存在。2002年初,俄、歐、日三方向中國(guó)伸出“橄欖枝”。同年7月,由科技部牽頭,中國(guó)正式組織了一個(gè)5人專家組展開(kāi)評(píng)估。4個(gè)月后,包括潘傳紅在內(nèi)的評(píng)審專家一致舉手———“ITER的科學(xué)基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí),機(jī)遇很好,中國(guó)應(yīng)參與”。2003年2月,中國(guó)加入該計(jì)劃,成為6大成員之一。在這個(gè)“全球研究村”中,每個(gè)成員都是平等的。按照章程,我國(guó)將承擔(dān)熱核反應(yīng)堆工程總造價(jià)46億美元的10%,同時(shí)分享全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)和科技、商業(yè)利益。
2005年6月底,經(jīng)過(guò)與日本長(zhǎng)達(dá)5年的“選址爭(zhēng)奪戰(zhàn)”后,世界首個(gè)熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆“花落法國(guó)”,它有一個(gè)形象的名稱:人造太陽(yáng)計(jì)劃。作為當(dāng)今最具代表性的國(guó)際大科學(xué)合作研究計(jì)劃之一,它與國(guó)際空間站、人類基因組測(cè)序等項(xiàng)目一起,吸引了全世界的目光。
然而從一開(kāi)始,中國(guó)科學(xué)界內(nèi)部就充斥著激烈的爭(zhēng)論??茖W(xué)界的悲觀論者諷刺說(shuō),“50年前就說(shuō)50年內(nèi)核聚變能夠商用;現(xiàn)在,仍然是說(shuō)50年。”也有人指著潘傳紅的鼻子數(shù)落:“花那么大的代價(jià),要是失敗了,看你怎么向后人交差?”
在潘傳紅看來(lái),任何科學(xué)探索都有風(fēng)險(xiǎn),但“中國(guó)花進(jìn)口一個(gè)傳統(tǒng)核電站設(shè)備的錢投入到ITER中去,絕對(duì)是值得的”。他認(rèn)為,中國(guó)的煤炭、石油等傳統(tǒng)礦石資源走向枯竭的勢(shì)頭將不可逆轉(zhuǎn),風(fēng)能、太陽(yáng)能缺乏穩(wěn)定性,一旦核聚變能夠投入商用,其前景不可估量?!霸谶@樣的情況下,我們?cè)跄懿辉缱鳒?zhǔn)備?”
“參與ITER計(jì)劃,并非中國(guó)核聚變研究的全部;這只是重要一步,但遠(yuǎn)非最后一步。
”潘傳紅加重了語(yǔ)氣,一臉自信。
從5500萬(wàn)℃到1億℃,還有很長(zhǎng)的路要走
“供電、測(cè)量、加熱……準(zhǔn)備好沒(méi)有?”“沒(méi)問(wèn)題,可以做實(shí)驗(yàn)了?!?006年12月底,負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)協(xié)調(diào)的段旭如教授通過(guò)控制人員下達(dá)了“啟動(dòng)”指令———“5500萬(wàn)℃!”電子顯示屏上,波段圖上下起伏跳躍,一組組最新的實(shí)驗(yàn)參數(shù)傳來(lái)。
5500萬(wàn)℃,歷史最高溫!“比幾個(gè)月前獲得的2200萬(wàn)℃參數(shù),整整翻了一倍?!倍涡袢缫粫r(shí)呆了,他形容就像自己的孩子出世一樣,流下的是幸福的淚。100多人的控制大廳突然一片靜謐,幾秒鐘后很快雷動(dòng)起來(lái)。
這次普通的放電試驗(yàn)場(chǎng)景,卻引起了全世界的矚目。中國(guó)受控核聚變研究先驅(qū)李正武院士聞?dòng)嵑笫①澾@是一個(gè)“光彩耀眼的前沿進(jìn)展”。
“裝置還需要升級(jí)改造?!薄霸O(shè)備的更新強(qiáng)烈依賴于各個(gè)學(xué)科的發(fā)展,在于國(guó)家的綜合能力,比如神州飛船飛天,就是綜合技術(shù)的提升?!?006年,西物院做了2000多次實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)6000多次放電。
在段旭如看來(lái),中國(guó)的受控核聚變與國(guó)際差距10年左右,加入ITER可縮短這個(gè)時(shí)間。一則通過(guò)承擔(dān)10%的部件,直接掌握加工和設(shè)計(jì)技術(shù);二則將剩下的90%的技術(shù)掌握,為我所用。另外,可造就一批國(guó)際級(jí)的科學(xué)家,走向獨(dú)立自主。
2008年,日內(nèi)瓦將召開(kāi)22屆核聚變大會(huì),作為獻(xiàn)給世界受控核聚變50周年的禮物。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)正組織編寫一本書,其中一個(gè)章節(jié)分給了西物院,潘傳紅正帶領(lǐng)一幫專家加班加點(diǎn)地寫。標(biāo)題是“等離子體邊界與器墻”。
“不經(jīng)意跨進(jìn)了國(guó)際富人俱樂(lè)部,但我們卻成了‘窮孩子’?!迸藗骷t自嘲。今后的使命,除了人才儲(chǔ)備外,要為ITER計(jì)劃提供更多的數(shù)據(jù),包括觀察到的5500萬(wàn)℃高溫,這是一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)———走向聚變的條件之一,漫長(zhǎng)道路上邁出的重要一步。
在潘傳紅的眼里,“人造太陽(yáng)”是一次普羅米修斯式的“盜火”之舉,磨難是意料中的事情?!爱吘?,核聚變反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)發(fā)電還需要50年左右?!?
第一個(gè)50年已經(jīng)過(guò)去,聚變研究在各國(guó)“開(kāi)花”,但通向“實(shí)用能源”的障礙仍未克服。到目前,托卡馬克裝置都是脈沖式的,等離子體約束時(shí)間很短,大多以毫秒計(jì)算,還沒(méi)有一臺(tái)裝置實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行,而且在能量輸出上也是賠本運(yùn)轉(zhuǎn)。
第二個(gè)50年呢?
猜想“后石油時(shí)代”:向月球和大海索取
面容清瘦,頭發(fā)花白的聚變所副總工程師丁玄同踱到“人造太陽(yáng)”處,仰頭久久凝視著這個(gè)巨大的鐵疙瘩,情不自禁:“人造太陽(yáng)身上背負(fù)著幾代科學(xué)家的夢(mèng)想啊……”
“托卡馬克越造越大,人卻越來(lái)越老?!币惶?hào)到新一號(hào),到二號(hào)A,體積、半徑加大,輔助加熱功能也更大。現(xiàn)在,丁玄同帶了3個(gè)博士生,1個(gè)碩士生?!皣?guó)家40多億元投入到ITER裝置,將來(lái)就是要把技術(shù)弄回來(lái)。10年后,我們要派得出人才來(lái)?!?
物理學(xué)家早在1938年就證明,太陽(yáng)里進(jìn)行的氫核聚變成氮核的反應(yīng),使它能夠光芒萬(wàn)丈地燃燒幾十億年。
在地球上,人類也早已實(shí)現(xiàn)了核聚變———?dú)鋸棻ā5珰鋸検且环N不可控制的武器,會(huì)產(chǎn)生毀滅性的后果。
“人造太陽(yáng)”的原理就是,把氫彈的爆炸過(guò)程用人為手段大大減緩,反應(yīng)產(chǎn)生的能量被緩慢而穩(wěn)定地輸出,轉(zhuǎn)化為電能,成為一個(gè)取之不盡的天然能源庫(kù)。這種夢(mèng)想一直激勵(lì)著“丁玄同們”投身于核聚變實(shí)驗(yàn)中。
“用智慧點(diǎn)燃藍(lán)色的海洋?!边@是西物院的一句形象用語(yǔ),而核聚變的原料恰好來(lái)自大海中的氘、氚以及氦-3。1升海水能提取30毫克氘,在聚變反應(yīng)中能產(chǎn)生約等于300升汽油的能量。“1升海水等于300升汽油”,發(fā)現(xiàn)令人驚喜。畢竟,地球上的海水中含有45萬(wàn)億噸氘,足夠人類使用百億年。
“人工控制核聚變一旦成功,從理論上講,占地球面積70%的浩瀚海洋就變成一個(gè)龐大而永久的‘汽油庫(kù)’,比全球海洋還大300倍。”丁玄同很興奮。
成本同樣是核聚變的優(yōu)勢(shì),1公斤濃縮鈾的成本約為1.2萬(wàn)美元,而1公斤氘僅需300美元。聚變的優(yōu)勢(shì)還在于效率??茖W(xué)家們一直看好使用氦-3同位素3He,聲稱全世界眼下一年所消耗的電力,只需要擁有100噸3He就能解決。哪里能找到3He?答案就在月亮。那里的土壤含有多達(dá)100萬(wàn)至500萬(wàn)噸的聚變?cè)稀?
但再造“太陽(yáng)”的難度也相當(dāng)大。譬如,如何讓聚變后產(chǎn)生的上億攝氏度的等離子體,長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)“老實(shí)地呆在容器里”,使聚變反應(yīng)穩(wěn)定持續(xù)地進(jìn)行。為了制造出這么一個(gè)“魔瓶”來(lái),科學(xué)家們嘔心瀝血幾十年,想出了一個(gè)巧妙的方法:用磁場(chǎng)。
這就是呈現(xiàn)在記者眼前的古怪的“烤爐”,它同時(shí)擁有一個(gè)古怪的名字:托卡馬克。該裝置最初由俄羅斯人制造,在俄語(yǔ)中,托卡馬克是“環(huán)形”、“真空”、“磁”、“線圈”幾個(gè)詞拼湊在一起的。這幾個(gè)關(guān)鍵詞可以讓人形象地理解什么是受控?zé)岷司圩儼l(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置。上億攝氏度的等離子體在空腔里轉(zhuǎn)啊轉(zhuǎn)啊,如同游樂(lè)場(chǎng)里的旋轉(zhuǎn)木馬———它們不會(huì)接觸到容器壁,不會(huì)惹出亂子來(lái)。“這有點(diǎn)像傳說(shuō)中的所羅門的魔瓶,不過(guò)起作用的不是魔法而是磁場(chǎng)。”丁玄同打了個(gè)比喻。
核聚變堆將模擬太陽(yáng)中心能源產(chǎn)生的模式,通過(guò)核聚變?yōu)槿祟愄峁┬履茉?,因此被稱為“人造太陽(yáng)”。丁玄同稱,1公斤核聚變?nèi)剂峡梢援a(chǎn)生相當(dāng)于1000萬(wàn)升石油的能量。這種熱核聚變能源預(yù)計(jì)將在2050年前后進(jìn)入大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)階段。
“這一時(shí)間正好與專家普遍預(yù)測(cè)的石油枯竭期相吻合?!睂脮r(shí),世界人口數(shù)量也將達(dá)到90億。因此,熱核聚變能源可能是人類在“后石油時(shí)代”的能源保證。
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