美国麻省理工学院(MIT)最近闷声搞了个大新闻:他们拿到了意大利能源公司的5000万美元投资,要在未来15年建设一座年发电量200兆瓦的核聚变发电站。其中3000万美金,将在未来三年中用于先导研究。”

数百年以来,人类一直梦想着驾驭太阳能,为地球上的生命提供能量。但我们想实现的,不仅仅是利用太阳能,而是在地球上造出一个“迷你太阳”,也就是核聚变发电站。

核聚变是一种安全的反应过程,不可能像核裂变一样发生失控。如果反应出现异常,等离子体的温度就会下降,核聚变反应也就随之停止了。正是由于核聚变具有这样的特性,数十年来,人们才对其展开了不懈研究,并越来越被其所吸引。如果能解决各种极为复杂的科学和工程问题,便能通过核聚变获取清洁、安全、无穷无尽的能量了。

但这件事做起来相当困难:由于原子核均带正电荷,因此会与彼此相斥。除非它们以极高的速度运行,才能在相撞时融合在一起,释放出我们需要的能量。这样的过程在太阳上会自然而然地发生。但在地球上,我们需要用强大的磁铁来控制住由带电的氘、氚原子核与电子构成的超高温气体,也就是我们所说的等离子体。等离子体的温度极高,超过1亿摄氏度。在这样的高温下,带正电荷的原子核便能以超高速运行,冲破正电荷产生的排斥力,与别的原子核融合在一起。

另外,与太阳能、天然气与核裂变等其它发电方式不同,核聚变无法先用微缩模型进行研发、再成比例地放大。核聚变在实验阶段就需要大规模开展,并且相关设备也需要花很久来准备。但在接下来的一个世纪中,人类必须设法获取充足、清洁的能源。如果不在核聚变这种最具前景的能源上想办法,就未免太可惜了。

发电技术中的圣杯

美国麻省理工学院的姿势水平确实是高,可到底是什么技术,能让意大利人在一个发电站身上,一扔就是半个亿?

虽然200兆瓦的装机规模说大不大(我国的秦山核电站180兆瓦,三峡水电站达到了20000兆瓦以上),但意大利人这钱花的可一点都不冤。

原因是从上世纪50年代以来,科学与工程研究取得了巨大进展,使我们朝着可持续的氢原子聚变反应又近了一步。核聚变领域取得的进展主要可以从两个方面进行衡量:

首先,我们对高温等离子体有了更深入的了解。科学家专门创立了等离子体这一新的物理领域,研究如何将等离子体限制在强大的磁场中,后来还掌握了对等离子体进行加热、使其保持稳定、控制等离子体内部扰动的能力。

其次,相关技术也取得了巨大进步。我们在磁体、电磁波源和粒子束领域都取得了重大突破,得以用它们来限制和加热等离子体。此外我们还研发出了能够承受等离子体极端高温的材料。

取之不竭用之不尽的安全能源

美国麻省理工学院要搞的,是人类史上第一个可控核聚变发电站。

常关注科技前沿的朋友看到这儿估计已经开始兴奋了。因为这短短五个字,意味着几乎取之不尽,用之不竭的清洁能源。

核聚变所需的燃料在大自然中比比皆是。例如,水中含有大量的氘,反应器还可以将锂转化成氚。并且这些原料广泛分布于世界各国,不会受当地自然资源所限。核聚变是一种清洁的能量来源,不会产生温室气体,产物只有氦气和中子。

理论计算表明,地球上氘的总量足够人类用上几百亿年。要知道太阳还剩下的寿命也就50亿年而已,这个资源储量,是真正意义上的“足够用到地老天荒”。

有了这种“无限能源”,人类将真正进入现在称为“科幻”的那个世界,补全臭氧空洞、遏制气候变化,移山填海甚至星际航行……全都不在话下。夏天再也不用担心开空调电不够用了。

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