“复制”太阳之路yd11301

王以超 于达维  《财经》记者

本文见《财经》杂志2009年第12 出版日期20090608

 

【提要】随着全球最大的激光核聚变装置在美国正式落成,人工“复制”太阳的梦想也即将迎来科学上的转折点


  在地球上“复制”太阳,并非天方夜谭。

  529,全世界最大的激光核聚变装置——国家点火装置(NIF),在美国旧金山郊区的劳伦斯利弗摩尔国家实验室(LLNL)正式落成,人类朝向这个目标,又接近了一步。

  该项目副主管爱德华莫塞斯(Edward I. Moses)告诉《财经》记者,希望该装置于2010年正式运行后,可以很快实现“点火”,即实现核聚变产生的能量大于激光输入的能量。

  这一目标如果得以顺利实现,无论是在地球上“复制”太阳,还是提供能源“终极解决方案”,都将不再遥远。

聚变之梦

  人类的文明史,归根到底是一部能源利用史。工业革命至今200多年的时间内,人类对于能源的利用更是达到了登峰造极的程度:从传统的石油、天然气等化石能源,到太阳能、风能等可再生能源,一直到利用裂变发电的核能。

  但迄今为止,人们仍无法找到能源“终极”解决方案。最可能的解决方案,或许来自太阳——既然地球仅仅接纳了太阳很少一部分能量的恩泽,就足以孕育众生,那么,假如我们能在地球上人工“复制”一个太阳,一切不都迎刃而解了吗?

  这个看似有些疯狂的想法,在科学上却并不那么荒谬。在20世纪早期,科学家们就已经发现,像太阳这样的恒星,之所以能够辐射出如此巨大的光和热,是因为其内部无时无刻不在进行着剧烈的核聚变反应。在这个过程中,氘、氚等较轻的原子,会聚合成碳甚至铁等较重的原子,并且释放出巨大的能量;而每升海水中提取的氘,在聚变反应中释放出的能量,大概相当于300汽油。

  可是,在地球上“复制”太阳,实现起来却十分漫长。因为要“启动”核聚变过程,就必须制造出与太阳内部类似的极端环境。中国科学院上海光学精密机械研究所(下称上海光机所)高功率激光物理国家实验室总工程师、中国科学院院士林尊琪告诉《财经》记者,在温度达到5000万摄氏度到1亿摄氏度之间的同时,还要保持很高的密度,这些都很难达到。

  之前,人类只有通过原子弹爆炸,才达到这样的极端条件,这也是氢弹的原理。遗憾的是,这样一个过程是不可控的。

  鉴于地球上现存的任何材料都难以抵御这种极度高温,科学家设想出两种巧妙的途径,来逼近这一目标。

  一种被称为磁约束。上世纪70年代,前苏联科学家提出了“托卡马克”的概念,就是利用环形封闭磁场组成的“磁笼”,把燃料加热到极高的温度并约束起来,使其不会碰到任何容器壁。目前,中国正在安徽合肥运行的EAST装置,以及即将于2016年投入运行的国际热核聚变装置(ITER),都是利用的这一原理。

  另一种则是像NIF这样的惯性约束核聚变。其原理是利用超强的激光或者其他粒子束,直接照射在用氘氚等做成的燃料靶丸上,靶丸的外层会在瞬间融化并且向外喷溅。由此产生的反作用,就会急剧地向内压缩靶丸的剩余部分,使其中心达到聚变所需的极端条件,实现“点火”。