【大纪元7月17日讯】(大纪元记者夏逍编译)在世界最大的核聚变反应炉即将在法国普罗旺斯山坡破土动工之时﹐《最后的世代﹕大自然对气候变迁的反扑》一书的作者福莱德-皮尔斯(Fred Pearce)于《期望杂志》(Prospect Magazine)发表文章﹐对热核聚变计划的方方面面进行了论述。这项在经济效益及众多难技术题方面不断遭受外界质疑的工程﹐是否值得人类花费巨大的财力呢﹖
一群自称“热核聚变吉普赛人”的科学家梦想着有一天在世界上重制星球内部的核聚变反应﹐使宇宙中元素粒子融合而产生巨大能量﹐为全世界提供大量便宜﹑干净的电力。他们认为﹐热核聚变发电厂所需的一小卡车燃料可为一个100万人口的城市供应一年的电力﹐而且留下的放射性废物少﹐100年之内即可消失。核聚变是太阳能的来源﹐有一天也应该能够为世界提供电力。
核聚变研究始于1950年代﹐但一直进展缓慢且资金分散﹐至今仍无一瓦电力产生。然而今年初﹐在10年的漫长消沈后﹐世界上很多政府决定投资100亿资金﹐为这一梦想成真推进了一大步。
欧盟﹑美国﹑中国﹑印度﹑日本﹑俄罗斯以及南韩于今年5月发起了一项建造国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor; ITER）的条约。欧盟科学研究委员亚内兹‧ 波托奇尼克（Janez Potocnik）称“这是世界上最大的一个科学与共同研究公约。”该实验堆将建于普罗旺斯省得卡达拉舍（Cadarache）的一座森林中﹐是世界上最大的核聚变机器。实验堆的建造需要10年﹐之后的20年间﹐将有成千上万的实验在那里进行﹐再以后﹐人们将会知道热核聚变是否有前途。
今年夏天﹐热核聚变科学家们在南法普罗旺斯的山腰上再度会合﹐来自英国﹑澳洲﹑俄罗斯﹑美国﹑德国﹑中国﹑日本﹑捷克及许多其它国家的科学家将合力向世界证明他们始终都是对的。研究先驱郝约翰（John How）表示﹕“对于核聚变电力而言﹐这是一个不能错失的良机”。
此刻时机似乎到了。油价的飙涨﹑对于全球温暖化问题的关注以及传统与新型核能潜力间的政治平衡﹐使得对兼顾核能庞大能量又有风车的干净﹑安全等两个特性的新型电力来源的需求与日遽增。核聚变发电最终可能会成为答案。
不过﹐即使最热爱核聚变技术的支持者也承认这种技术能够商业化﹐还需要数十年的时间。绿党（Greens）人士则驳斥此项计划是一个“危险的玩具”﹐浪费金钱。物理学家中也有反对的声浪。令人尴尬的是﹐就在比京的典礼开始不久前﹐3月10日出版的《科学》杂志发表了核聚变先驱威廉-帕金斯（William Parkins）的一篇遗著﹐指出“这一梦想昂贵且令人失望”﹐美国已经耗费50年花了2百亿﹐却毫无进展﹐现在是结束的时候了。
那么热核聚变到底如何运作呢﹖目前英国卡拉姆 （Culham） 反应炉是世界上最大﹑最成功的反应炉﹐又称为欧洲联合环形加速器（ JET, Joint European Torus ）。JET高20英尺﹑设备占地一英亩﹐至今造价10亿欧元。在它23年多的寿命中﹐营运花费10亿欧元。有时候﹐JET甚至花费英国政府能源研究总预算的一半。
研究人员一直在探索如何使融合聚变发生并有效控制过程。理论上﹐反应炉使氢的2个同位素–氘和氚在超高温下形成电浆（plasma)﹐然后融合在一起。当这种情况发生时﹐便会产生另一种元素–氦（helium）并释放巨大的能量。但实际上并非那么简单。要调整到合适的温度是一项艰巨﹑漫长且让人绞尽脑汁的工作。尽管实验了50年这么久的时间﹐研究者仍无法产生更大所需的能量来推高反应炉的温度。1997年实验有了重大突破﹐在不到1秒钟的时间里﹐反应器产生了16兆瓦的电力﹐至今这仍是世界记录。有人提到它消耗了25兆瓦去加热反应炉﹐维持时间也不到1秒钟。
—个问题在于﹐虽然氘和氚是最容易发生聚变的原子﹐但仍需要在摄氏1亿度的高温下才会发生。这比太阳的热度高10倍﹐且还需要有巨大的重力场使核聚变顺利发生。另一道难题是﹐要维持如此高温﹑核聚变反应炉的安全﹐就必须防止热电浆撞击到反应炉墙。研究者将反应器做成形如甜甜圈（doughnut）状的环形容器﹐如此热电浆就可以无休止的转圈圈﹔同时加入世界上最强的磁石维持比地球大1万倍的磁场来约束电浆粒子的运动。但电浆原子就像太阳上的耀斑（solar flares）相当不稳定且随时发生﹐造成计算机完全无法预测。因此大量的实验集中在“如何控制热电流”。
此外﹐问题并非只电浆的不稳定性﹐反应炉的材料也是急待解决的问题。究竟什么材料能够经得起反应炉内巨大的冲击力量﹖一些科学家相信这里面的温度梯度比起宇宙中的任何地方都大﹐来自数百兆瓦能量的冲击波（shock waves）以光速1/5的速度行进﹐同时磁场比地球强一万倍。目前﹐另一项协议资助10亿美元在日本建造研究中心﹐希望能开发出这种材料。
这是一项长期的计划。ITER首次被提出作为JET的延续计划﹐可以回溯至1980年代中期。当时苏俄的戈尔巴乔夫和美国里根总统在联合计划中同意发展热核聚变能源。但经历了1990年代石油价格狂跌﹐俄罗斯因为经济困境及车诺比电厂事件退出。美国也在1998年因为对热核聚变反应器内无法控制电浆原子的运行瓶颈而退出ITER计划。2003年﹐美国又重新加入。但威廉-帕金斯并非唯一宣称科学家没有能力解决一连串技术性的难题的人﹕如何有效的移除反应器内部的高温﹖什么样的物质可以防止反应器不会易碎且无漏洞﹖他也不是唯一提出这些问题没有答案的人﹐他表示﹕物理学上或许很好﹐但工程技术上可能永远无法达成。
ITER内一位高阶研究员向记者透露﹕“我认为这是可行的。我们也必须去做﹐否则政客们不会给我们金钱援助。”有人认为全世界或许有20％的机会在2100年从热核聚变反应炉中得到20％的电力来源。也有人认为尽管是这么不均等的赌注﹐下注的成本这么高﹐这场赌注还是值得下注。美国能源部长雷蒙德-奥巴赫（Raymond L. Orbach）则认为﹕“在本世纪结束时﹐我们认为热核聚变技术将会供应世界40％的能源。”而换算过来﹐在2100年时﹐它将会供应全球总电力的15％。
但这段路上还有许多重大问题。在未来的30到40年间﹐如果ITER无法证明核聚变反应器可以产生比其消耗的能量更大的能量的话﹐那这走了将近1个世纪的计划终将被放弃掉。那么花了这数十兆资金的帐将会算在这些野心过度的物理学家头上。
(资料来源﹕Prospect Magazine, July 2006)(http://www.dajiyuan.com)
