聚變發電廠能成為現實嗎?

很多科學家懷疑可再生能源能否滿足未來人類的需求。如果到2050年,世界人口兩倍於現在,再加上發展中國家生活水平的提高,能源消耗肯定會成倍增長。

目前,科學家正在努力以完全不同的方式製造“太陽能”,即模擬太陽內部的核聚變反應。組成太陽的物質大多是些普通的氣體,其中氫約占71%,氦約占27%,其他元素占2%。太陽核心的溫度極高,達1 500萬攝氏度,壓力也極大,使得由氫聚變為氦的熱核反應(4個氫原子核合成為1個氦原子核)得以發生,從而釋放出極大的能量——太陽內部每秒有6億噸氫融合成氦。

自從20世紀50年代以來,科學家就在努力模擬太陽內部的運動過程。大量資金投入到實驗中,但卻從未獲得過成功。要使氫原子核發生聚變,溫度需要達到上億攝氏度,可是在這個溫度下,有什麽東西能容納下氫的同時自己又不會熔化呢?

托卡馬克是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環性容器,它的名字Tokamak來源於環形(Toroidal)、真空室(Kamera)、磁(Magnit)、線圈(Kotushka),最初是由位於前蘇聯首都莫斯科的庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發明的。托卡馬克的中央是一個環形的真空室,外麵纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋形磁場,將其中的等離子體加熱到很高的溫度,以達到核聚變的目的。相比其他方式的受控核聚變,托卡馬克擁有不少優勢。但常規托卡馬克裝置體積龐大、效率低,突破難度大。

建立聚變發電廠需要大量資金,即使資金雄厚的發達國家也無法單獨實現。美國、日本和歐洲的科學家曾經花了10年的時間研製一個聚變裝置,但最終美國退出了該項目,因為國會不批準必要的資金申請。從中可以看出,該研究領域的未來還十分模糊。然而,聚變反應堆畢竟是人類的一個希望,和依賴於風力和天氣的可再生能源相比,聚變發電廠能按照人類的需求來產生能量。

聚變發電廠所需的原料大量存在,即常見的海水。1升海水中所含的核聚變原料,通過核聚變反應可產生相當於300升汽油燃燒所放出的能量。地球上有足夠的海水,可以支持聚變發電廠運行幾百萬年。而且聚變發電廠不排放任何溫室氣體,所應用的技術也相對安全。在聚變發電廠中,絕對不會出現類似切爾諾貝利那樣的嚴重事故。

如果科學家計劃中的超級托卡馬克取得成功,第一批聚變發電廠將在四五十年後投入運營。到那時,離科學家開始研究這種能源已經過去了100年。在研究進展到那一步之前,人類肯定還會麵臨激烈的討論和爭辯,因為聚變發電廠也有它的弊端。那就是當氫聚變成氦時,會產生輻射。因此,發電廠必須有厚厚的圍牆包圍,而且在聚變區域隻能由機器人來工作。另外,即使聚變發電廠停工後,周圍地區仍會長時間遭受輻射。

如果必須在聚變能源和其他能源之間進行選擇,肯定會引發激烈的爭論。一個依賴於托卡馬克的社會,和由風車、太陽能發電廠供應能源的社會,是完全不一樣的。前者,一個國家的能源需求可以由幾家屬於國家或者大公司的發電廠來滿足;但如果選擇了後者,將需要建立數以百萬計的小型發電廠,分別屬於私人或者小型團體。