受控核聚变是人类面临头号技术难题,问题不在于关闭而是启动太难

新科技视界2018-01-13 21:51

受控核聚变消耗的是氘和氚。其中氘是天然存在的,每升海水中含有0.03克氘,地球的海洋里共含45万亿吨氘,所以氘是取之不尽、用之不竭的。氚可以用储量丰富的锂在反应堆中生成,氘—氚将作为第一代聚变反应堆燃料。氘—氘将作为第二代聚变反应堆燃料,它不用较麻烦的氚,只用氘就行了,但它的点火条件比氘—氚燃料还要高些,将来的受控核聚变反应堆会比现在的核裂变反应堆安全得多,因为核聚变反应堆不会产生大量强放射性物质,而且核聚变燃料用量极少,每秒钟只须投入1克;停止投入燃料,核聚变反应堆就能迅速关闭,不致发生重大事故。

核聚变反应堆的真正问题不在于关闭,而在于它太难启动了。要实现受控核聚变反应,必要的条件是:要把氘和氚加热到几亿度的超高温等离子体状态,这种离子体粒子密度要达到每立方厘米100万亿个,要使能量约束时间达到1秒钟以上。这也就是核聚变反应点火条件,此后只须补充燃料(每秒钟补充约1克),核聚变反应就能继续下去。

无论什么样的容器都经受不起這样的超高温,所以,受控核聚变的关键技术在于用磁场把高温等离子体箍缩在真空容器中平缓地进行核聚变反应。但是高温等离子体就像一匹烈马,很难约束得住,被箍缩的高温等离子体很难保持稳定,它应是均匀的柱状,但它细的地方会变得很细,像香肠一样,最后会这里断开,有时会变得弯曲,像香蕉一样,最终触及器壁。人们研究得较多的是一种叫做托卡马克的环形核聚变反应堆装置,但它至今不能连续运转。所以,托卡马克有无前途,人们还在争论。


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