兩瓶水,再加上兩塊拳頭大小的物質(zhì),就可以滿足一個(gè)4口之家全年的用電,這并不是異想天開(kāi)。
正在建造之中的國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆ITER,即所謂的“人造太陽(yáng)”,就可以使這一目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。ITER明年將在法國(guó)南部卡達(dá)拉什開(kāi)始安裝,預(yù)計(jì)2014年完成。完成后供科學(xué)家研究現(xiàn)實(shí)條件下的核聚變可能,以解決未來(lái)能源問(wèn)題。
迄今,核能一直采用裂變技術(shù),而熱核反應(yīng)堆是將氘和氚在熱隔離的條件下置入磁場(chǎng),并將其加熱到1億攝氏度,相當(dāng)于太陽(yáng)內(nèi)部的溫度。這時(shí),磁場(chǎng)讓等離子體無(wú)接觸擺動(dòng),在這一溫度下,氫離子熔化成氦,釋放出巨大能量。如果不出差錯(cuò),1克氫可以提供相當(dāng)于11噸煤炭所提供的能量。
在開(kāi)車前往格拉夫斯瓦特的德國(guó)馬普等離子研究所的路上,只見(jiàn)繁忙的聯(lián)邦公路上,來(lái)往車輛川流不息。貝克教授就像在給他的學(xué)生講課一樣,一直喋喋不休地說(shuō)著ITER的故事。我嫌貝克說(shuō)得太多,可他卻說(shuō),這是為了不讓我犯困和打瞌睡。無(wú)奈,一路上我只好繼續(xù)聽(tīng)著他的嘮叨。
其實(shí),核聚變?cè)砜茖W(xué)家早已知道,只是試驗(yàn)設(shè)備所“吃”進(jìn)去的能量比釋放的能量還要高。例如從英國(guó)對(duì)托克馬克JET試驗(yàn)的情況看,試驗(yàn)時(shí)曾獲得65%的能量,但這一釋放時(shí)間僅持續(xù)了2秒。從理論上說(shuō),ITER可以提供10倍于所吃進(jìn)的能量,約500兆瓦,相當(dāng)于一座小型發(fā)電站的發(fā)電功率。
科學(xué)家認(rèn)為,從技術(shù)上講完全有能力實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),問(wèn)題是設(shè)備運(yùn)行持續(xù)時(shí)間,這取決于耐高溫材料。由于目前沒(méi)有能夠耐如此高溫的材料。因此,目前材料科學(xué)家必須尋找這類材料。預(yù)計(jì),采用ITER進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)間為35年,也就是說(shuō),至2050年用熱核聚變技術(shù)發(fā)電恐怕還有一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)。
由于路上車輛太多,加上到處限速,200公里的路程用了將近6個(gè)小時(shí)。等我們抵達(dá)研究所時(shí),已經(jīng)晚了近一個(gè)小時(shí)。還好,先到的人正在大廳聽(tīng)講解,并沒(méi)有耽誤參觀的時(shí)間。反正有貝克在,我心里不慌。
德國(guó)馬普格拉夫斯瓦特等離子研究所開(kāi)發(fā)的“螺旋石”7―A利用仿星器原理于1980年首次進(jìn)行過(guò)演示,比南部佳欽1988―2002年建造的“先進(jìn)仿星器”螺旋石7―AS更先進(jìn),在磁場(chǎng)方面作了改進(jìn),45個(gè)3維繞組采用了模塊式結(jié)構(gòu)。
無(wú)論是7―A,還是7―AS,他們?cè)囼?yàn)所提供的理論依據(jù)都是為了建造更先進(jìn)的7―X,即正在格拉夫斯瓦特研究所安裝的最新仿星器,它也是ITER計(jì)劃的重要組成部分之一。螺旋石7―X采用鈮鈦合金導(dǎo)線作為線圈材料,由200根超導(dǎo)線材束成電纜,其外用強(qiáng)化鋁合金冷凝管中的液態(tài)氦冷卻到4K。整個(gè)裝置所用超導(dǎo)線長(zhǎng)達(dá)60公里。螺旋石7X仿星器呈環(huán)形,高4米,直徑15米,重55噸,磁場(chǎng)強(qiáng)度3特拉斯,等離子體容器的最大半徑5.5米,最小為0.53米。全部投資近4億歐元。另外,根據(jù)分工,卡爾斯魯厄研究中心提供設(shè)備微波加熱部分,于利希研究中心提供設(shè)備診斷部分。目前,為解決材料問(wèn)題,科學(xué)家正在對(duì)等離子容器內(nèi)部所使用材料進(jìn)行緊張?jiān)囼?yàn),因?yàn)榈入x子富能粒子會(huì)使容器壁上的顆粒掉入等離子體,影響質(zhì)量。此外,如果容器壁受到侵蝕,可導(dǎo)致材料特性改變。新材料還包括裝置特殊部位所使用的材料和涂層,如碳纖維增強(qiáng)碳材,耐高溫,熱導(dǎo)和防腐蝕等材料。
受控核聚變可以改變?nèi)祟愰L(zhǎng)期依賴化石能源資源的狀況,對(duì)德國(guó)來(lái)說(shuō)尤為重要,因?yàn)榈聡?guó)將在20年后關(guān)閉現(xiàn)有核電站。但是,據(jù)稱下一屆新政府將有可能延長(zhǎng)現(xiàn)有核電站的使用期,采取多種能源并存的能源政策,一如既往地支持受控核聚變研究。
目前,環(huán)保主義者認(rèn)為,核聚變也會(huì)對(duì)環(huán)境造成放射污染,但I(xiàn)TER參與者認(rèn)為,核聚變輻射遠(yuǎn)低于核裂變反應(yīng)的輻射。ITER反應(yīng)堆100年的核廢料也不如一座熱電廠的廢料。一旦ITER發(fā)生事故,損壞的只是昂貴的試驗(yàn)設(shè)備,不會(huì)給環(huán)境造成污染。
信息來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)