可控核聚变被认为是“无尽的清洁能源”,意味着一旦掌握了这项技术,人类就能享有几乎无限的能源,不再需要担心能源短缺或环境污染问题。目前,全球能源主要依赖于有限的石油和煤炭,这些化石能源终将耗尽,因此寻找可持续的替代方案尤为重要。而可控核聚变正是解决这一问题的关键。回顾人类使用能源的历史,从远古的点火技术到现代的火箭发射,数万年来,能源的利用方式几乎未发生根本变化,依然依赖化学能,通过燃料的化学反应来获取能量。即使现今的发电厂,其电能的产生方式也依赖于烧燃料加热水,从而驱动涡轮机运转,依赖化石燃料的储量,效率有限。为打破这一局限,迫切需要寻求新的高能量密度来源,而核聚变正是这样的潜在选择。
核聚变是指将轻元素结合为重元素并释放能量的过程,目前人类的核聚变燃料主要是氢的同位素,如氘和氚,它们与太阳燃烧的燃料类似。氘有一个中子,而氚则有两个中子。在聚变反应中,一个氘原子和一个氚原子结合形成氦原子,这个过程中会产生质量损失。根据爱因斯坦的质能方程,微小的质量损失可以释放出巨大的能量。具体而言,1克氘氚核聚变产生的能量相当于8吨汽油燃烧的能量,而仅0.6吨核聚变燃料释放的能量相当于200万吨优质煤的总和,显示出核聚变能与化学能的巨大差距。
那么,氘和氚的来源是什么?它们的总量有多少?氘和氚可以从海水中提取,意味着可控核聚变一旦取得成功,海水将成为重要的能源来源。每升海水含有约30毫克的氘,运用其中的氘进行聚变反应能释放的能量等同于300多升汽油。考虑到地球表面约71%被海洋覆盖,海水的数量庞大,预计氘的总量约为40万亿吨,按全球目前的能源消耗计算,这些氘能产生的聚变能可供人类使用数百亿年,远超太阳的剩余生命周期,因此可控核聚变被称为“无限能源”。 龙8头号玩家
更重要的是,核聚变过程的主要产物是氦,一种无毒无害、化学性质稳定的气体,相较于化石燃料,聚变不会释放二氧化碳、二氧化硫等污染物,也不会产生长寿命放射性废料。因此,人类不仅能获得几乎无穷的能源,还能解决工业时代长期困扰的环境问题。不过,要实现“人造太阳”的愿景并不容易,核聚变在太阳内部能够保持,是因为高温和巨大的引力。地球上缺乏类似的引力条件,需使氘氚等离子体在超过1亿度的环境中保持稳定,这一温度约是太阳核心温度的六七倍。如何在这样的极端条件下稳定等离子体,是科学家面临的挑战。我国的东方超环实验装置已在可控核聚变研究中取得积极进展,多次刷新等离子体高温运行时间记录,为聚变发电的实现积累了宝贵的数据。