可控核聚变：新能源之王( 二 )

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视觉中国供图
在自然界中，最容易实现聚变反应的是氢的同位素——氘和氚的聚变。核聚变反应堆的原理很好理解：将氘和氚的混合气体加热到等离子态，即温度高的能使电子脱离原子核的束缚，让氘原子核和氚原子核自由运动，并发生直接接触，便能产生新的氦核和新的中子，并释放出巨大的能量。经过一段时间，反应体就不需要外来能源的加热了，核聚变的温度已足够使原子核继续发生聚变。在这个过程中，只要将氦原子核和中子及时排除，输入新的氘和氚的混合气体到反应体，核聚变就能不断地持续下去，将产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，其他大部分就可以输出，作为能源来使用了。
在地球上，核聚变的原料储量极其丰富，因为其主要燃料是存在于海水之中的氘和氚。据估算，一升海水提取的氘能产生的聚变能源，相当于300升汽油完全燃烧释放的能量。如果能将海洋中的数量多达45万亿吨的氘元素，全部应用于核聚变的话，释放的能量足够人类使用几百亿年。
此外，氘和氚反应的生成物是氦气，没有放射性，对环境无害。而一旦造成反应的等离子体熄灭，聚变反应就会终止，因此聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全。
这么优质的能源如何才能被人类获取并加以利用？
对此，科学家想到了一个好办法，就是在地球上建造一套核聚变装置，像太阳一样发生核聚变反应，从而源源不断地产生能量，这种大科学装置俗称“人造太阳” 。随后，利用这种装置产生核聚变能的科学可行性，也得到了进一步的验证。
然而，要真正实现核聚变发电并不容易，根据科研人员的介绍，想实现聚变反应，首先温度要达到1亿摄氏度以上，使聚变燃料完全电离，并在保证等离子体密度的前提下，将高温等离子体维持相对足够长的时间，不泄露不逃逸，才可能释放出足够多的能量。为攻克这两大难关，几十年来，各国科学家一直在不断进行探索和实验。
未来，如果能实现“可控核聚变” ，将彻底改写人类的能源版图。目前来看，托卡马克核聚变实验装置被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效途径，是地球寻找聚变能源出路的希望。
我们期待早日掌握和利用核聚变，人类早日进入卡尔达肖夫的行星文明！
2021年07月09日写于多伦多安大略湖畔
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