核裂變和核聚變的基本理解

世界上的每一種物質(zhì)都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有時(shí)會(huì)分裂或合成，變成另外的物質(zhì)。物質(zhì)無(wú)論是分裂或合成，都會(huì)產(chǎn)生能量。由兩個(gè)氫原子合為一個(gè)氦原子，就叫核聚變，太陽(yáng)就是依此而釋放出巨大的能量。大家熟悉的原子彈則是用裂變?cè)碓斐傻模壳暗暮穗娬疽彩抢煤肆炎兌l(fā)電。  　　核裂變雖然能產(chǎn)生巨大的能量，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上核聚變，裂變堆的核燃料蘊(yùn)藏極為有限，不僅產(chǎn)生強(qiáng)大的輻射，傷害人體，而且遺害千年的廢料也很難處理，核聚變的輻射則少得多，核聚變的燃料可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭。  　　核聚變要在近億度高溫條件下進(jìn)行，地球上原子彈爆炸時(shí)可以達(dá)到這個(gè)溫度。用核聚變?cè)碓斐鰜?lái)的氫彈就是靠先爆發(fā)一顆核裂變?cè)訌椂a(chǎn)生的高熱，來(lái)觸發(fā)核聚變起燃器，使氫彈得以爆炸。但是，用原子彈引發(fā)核聚變只能引發(fā)氫彈爆炸，卻不適用于核聚變發(fā)電，因?yàn)殡姀S不需要一次驚人的爆炸力，而需要緩緩釋放的電能。  　　關(guān)于核聚變的“點(diǎn)火”問(wèn)題，激光技術(shù)的發(fā)展，使可控核聚變的“點(diǎn)火”難題有了解決的可能。目前，世界上最大激光輸出功率達(dá)100萬(wàn)億瓦，足以 “點(diǎn)燃”核聚變。除激光外，利用超高額微波加熱法，也可達(dá)到“點(diǎn)火”溫度。世界上不少?lài)?guó)家都在積極研究受控?zé)岷朔磻?yīng)的理論和技術(shù)，美國(guó)、俄羅斯、日本和西歐國(guó)家的研究已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)展。  　　1991年11月9日17時(shí)21分，物理學(xué)家們用歐洲聯(lián)合環(huán)形聚變反應(yīng)堆在1.8秒種里再造了“太陽(yáng)”，首次實(shí)現(xiàn)了核聚變反應(yīng)，溫度高達(dá)2× 108℃，為太陽(yáng)內(nèi)部溫度的10倍，產(chǎn)生了近2兆瓦的電能，從而使人類(lèi)多年來(lái)對(duì)于獲得充足而無(wú)污染的核能的科學(xué)夢(mèng)想向現(xiàn)實(shí)大大靠近了一步。  　　我國(guó)自行設(shè)計(jì)和研制的最大的受控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“中國(guó)環(huán)流器一號(hào)”，已在四川省樂(lè)山地區(qū)建成，并于1984年9月順利啟動(dòng)，它標(biāo)志著我國(guó)研究受控核聚變的實(shí)驗(yàn)手段，又有了新的發(fā)展和提高，并將為人類(lèi)探求新能源事業(yè)做出貢獻(xiàn)。美中兩國(guó)科學(xué)家分別于1993年和1994年在這個(gè)領(lǐng)域的研究和實(shí)驗(yàn)中取得新成果。  　　目前，美、英、俄、德、法、日等國(guó)都在競(jìng)相開(kāi)發(fā)核聚變發(fā)電廠，科學(xué)家們估計(jì)，到2025年以后，核聚變發(fā)電廠才有可能投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。2050年前后，受控核聚變發(fā)電將廣泛造福人類(lèi)。  核聚變反應(yīng)燃料是氫的同位素氘、氚及惰性氣體3He（氦－3），氘和氚在地球上蘊(yùn)藏極其豐富，據(jù)測(cè)，每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于300升汽油，這就是說(shuō)，1升海水可產(chǎn)生相當(dāng)于300升汽油的能量。一座100萬(wàn)千瓦的核聚變電站，每年耗氘量只需304千克。  　　氘的發(fā)熱量相當(dāng)于同等煤的2000萬(wàn)倍，天然存在于海水中的氘有45億噸，把海水通過(guò)核聚變轉(zhuǎn)化為能源，按目前世界能源消耗水平，可供人類(lèi)用上億年。鋰是核聚變實(shí)現(xiàn)純氘反應(yīng)的過(guò)渡性輔助“燃料”，地球上的鋰足夠用1萬(wàn)年～2萬(wàn)年，我國(guó)羌塘高原鋰礦儲(chǔ)量占世界的一半。  　　科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，以3He為燃料的核聚變反應(yīng)比氘氚聚變更清潔，效益更高，而且與放射性的氘氚不同的是3He是一種惰性氣體，操作安全。獲得過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)金的科學(xué)家博格、美國(guó)總統(tǒng)軍備控制顧問(wèn)保羅·尼采1991年曾撰文說(shuō)，沒(méi)有其它能源能像3He那樣幾乎無(wú)污染。  　　下世紀(jì)初，人類(lèi)將在月球上開(kāi)采地球上不存在的3He礦藏，用于代替氚，從而使目前世界各地建造的實(shí)驗(yàn)性聚變反應(yīng)可以攻克關(guān)鍵性的難關(guān)，使其走上商用成為可能。地球上并不存在天然的3He，作為核武器研究的副產(chǎn)品，美國(guó)每年生產(chǎn)大約20千克，但一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性反應(yīng)堆就需要至少40千克。月球上的鈦礦中蘊(yùn)藏著豐富的3He資源。  　　月球表面的鈦金屬能吸收太陽(yáng)風(fēng)刮來(lái)的3He粒子。據(jù)估計(jì)，月球誕生的40億年間，鈦礦吸收了大約100萬(wàn)噸3He，其能量相當(dāng)于地球上有史以來(lái)所有開(kāi)發(fā)礦物燃料的10倍以上。1994年日本宣布了去月球開(kāi)發(fā)3He的計(jì)劃項(xiàng)目，日本比美國(guó)在3He聚變項(xiàng)目上的投資要多出100倍。  　　1986年起美國(guó)威斯康星州的麥迪遜就成了3He研究中心。只要從月球上運(yùn)回25噸3He，就可滿(mǎn)足美國(guó)大約一年的能源需要。目前，全球每年的能源消費(fèi)大約1000萬(wàn)兆瓦，聯(lián)合國(guó)1990年公布的數(shù)字，到2050年時(shí)將會(huì)猛增至3000萬(wàn)兆瓦，每年從月球上開(kāi)采1500噸3He，就能滿(mǎn)足世界范圍內(nèi)對(duì)能源的需求。  　　按上述開(kāi)采量推算，月球上的3He至少可供地球上使用700年。但木星和土星上的3He幾乎是取之不盡、用之不竭的。綜上所述，可以看出，核聚變?yōu)槿祟?lèi)擺脫能源危機(jī)展現(xiàn)了美好的前景。