历史百科 再造一个新“太阳”——核聚变应用研究取得突破性进展
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历史百科 再造一个新“太阳”——核聚变应用研究取得突破性进展
再造一个新“太阳”——核聚变应用研究取得突破性进展
1991年11月9日，科学家们在英格兰牛津郡欧洲联合环形聚变反应堆成功地进行了一次受控聚变，第一次产生了大约1.7兆瓦的电力。这次反应是在比太阳中心温度高20倍达3亿摄氏度的环形反应堆中进行的。持续时间为2秒钟。这标志着人类利用核聚变发电不是梦想，已迈出了重要的一步。这是人类探索新能源的又一里程碑。
核聚变是太阳等恒星上正在发生的核反应，是氢元素的同位素氘、氚两种轻原子核高速碰撞聚合成较重的氦原子核，并以产生高能中子(14.1百万电子伏)与高能α粒子(3.5百万电子伏)的形式释放能量。
实现受控核聚变，必须具备3个必要条件：(1)要把氘和氚加热到几亿摄氏度的超高温，此时燃料以物质第四态——等离子体形态存在。(2)必须使等离子体粒子密度达到每立方厘米100万亿个。(3)要使能量约束时间达到1秒钟以上。这就是核聚变自发点火的条件。此后只需补充燃料(每秒钟补充约1克)，核聚变反应就能持续进行下去。
氢弹爆炸实际上也是一种热核聚变反应，但氢弹爆炸的巨大能量是在一瞬间释放的，一发而不可收;而受控核聚变是把核聚变反应变成一个可以控制的过程，使核聚变能持续受控地进行，并且把产生的聚变能转换成电能或其他形式的能量，使之造福于人类。它是人类取之不尽、用之不竭的既安全又清洁的能源。掌握了它，就等于掌握了一个新的太阳。
核聚变消耗的是氘和氚。其中氘是天然存在的，可以从海水中提取。根据测算，每升海水中含有0.03克氘，地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。氚可以利用储藏丰富的元素锂在聚变堆中再生，而核聚变发电比利用核裂变的原子能发电要安全得多。由于核聚变燃料在反应堆中每秒钟只投入大约1克，所以当有可能发生不测时，可以不失时机地停止供给燃料，反应堆会迅速关闭，不致发生灾难性事故。
核聚变环形装置
因此，受控核聚变研究就成了当代世界科学技术领域的主攻课题。80年代建造的最新一代功率最大的有：托卡马克—JET(欧洲联合环形聚变装置)、TFTR(美国)、T—15(苏联)，以及JT—60(日本)。
欧洲托卡马克—JET(它是一个包括欧共体所有国家，再加上瑞士和瑞典在内的合作性集团)在1990年用纯氢等离子体工作，已把氢加热到3.28亿度以上的温度(比太阳中心温度高20倍)，等离子体粒子密度达到每立方米4×1010个，保持时间大约为1/10秒。热氢等离子体的其他参数也很高。如果把它们换算成氘—氚混合物，关键指标Q——有效能量对消耗能量之比为0.8(有效能量超过消耗能量时，应发生热效反应“点火”)。这已经完全接近点火条件(Q=1)。
欧洲联合环形核聚变反应堆的工作成就标志着聚变燃料实际利用的开始，但还有两个重要问题没有解决，一是仍然没有做到使聚变消耗的能量同产生的能量相当。聚变反应堆使用的大量电能，用于大型磁铁的动力和加热燃料，而目前通过聚变获得的能量远未达到所消耗能量的数量。另一个更难达到的目标是点火，即在点火这一瞬间，使聚变反应产生的能量极大，达到自给自足。预料，这两个问题将成为科学家重点研究解决的课题。
在欧洲联合环形聚变反应堆工作的14个欧洲国家的科学家小组，11月11日说，他们希望建造一个能产生等于上述能量5倍那么多能量的新反应堆。他们希望这个新反应堆比这次试验用的反应堆大一倍半，造价将达28亿英镑左右。他们希望利用氘和氚的混合物达到在几秒钟内产生10兆瓦能量。
美国的TFTR反应堆，2年前就达到3亿多度的等离子体温度，但密度比欧洲托卡马克—JET少一个数量级。然而美国人保持的时间已经达到了1.8秒。可是，由于联邦预算削减，它的研究计划放慢了，结果欧洲人走到了前头。
苏联的T—15由于众所周知的原因已经大大落后于欧洲和美国。
普林斯顿是美国受控核聚变研究的最高中心。它希望能建造一个较小的下一代反应堆以促进它的核聚变研究。美国能源部正在开始把它的力量集中用在国际合作上，而不是纯粹由美国人从事研究的项目。美国的牵头项目计划是国际热核实验反应堆，这是美国、苏联、欧洲和日本的一次联合行动，目的是共同建造21世纪初的世界第一个工作聚变反应堆。目前的聚变反应堆都是在短暂的瞬间燃烧燃料，估计这座10层楼高的国际聚变反应堆造价至少达60亿美元，将是世界上第一个能持续不断地运转的核聚变反应堆。
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