普罗米修斯的火种

在古希腊神话中，火原本只是众神的私有品，凡人是无法使用火的。而天神普罗米修斯看到人类的苦难，他以一颗悲天悯人之心为人类盗取了“天火”，使人类结束了茹毛饮血的生活。这点燃人类文明之光的“天火”就是能源。能源对于人类文明的巨大推动作用是毫无疑问的。但是这些能源却将在不久的将来枯竭——普罗米修斯的火种正在慢慢熄灭!我们必须要找到新的能源来使它重新燃烧起来。科学家们把目光投向了太阳，为什么太阳可以连续50多亿年发光、发热而没有“能源危机”?假如我们可以利用太阳的原理来提供能量，人类就同样可以解决能源危机。于是“人造太阳”计划在上世纪50年代应运而生了。但50年来，科学家们殚精竭虑，始终没有实现这个梦想。近日，中国科学家率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，模拟太阳产生能量。这是相当了不起的成就，代表着“天火”距离我们仅一步之遥！

太阳恒久“燃烧”的奥秘

1905年，爱因斯坦预见了原子核中蕴藏着巨大的能量。依据他提出的质能方程E=mc²两个轻核在一定条件下聚合成一个较重核，但反应后质量有一定亏损，将释放出巨大的能量。1939年，美国物理学家贝特证实，一个氘原子核和一个氚原子核碰撞，结合成一个氦原子核，并释放出一个中子和17．6兆电子伏的能量。这个反应就是一个热核聚变反应。这个发现揭示了太阳“燃烧”的奥秘。实际上，太阳上的核聚变反应已经持续了50多亿年。而在地球上氘和氚的储量是非常大的，每升海水大约含氢的同位素30毫克，如果这些同位素能够实现完全的聚变反应，放出来的能量等同于燃烧300千克的汽油所获得的能量!因此，如果以海水为原料，地球上热核聚变反应的燃料所产生的能量够人类使用超过100亿年!而且，热核聚变反应没有核裂变反应产生的核废料污染环境，它仅产生氦，这是完全对环境无害的物质。

把原子弹当“火柴”

“人造太阳”正是基于热核聚变原理来提供能量的，而大名鼎鼎的氢弹也是基于同样的原理造成的。但是“人造太阳”技术远比氢弹技术困难得多。氢弹的爆炸是热核聚变能量的瞬间爆发，是不可控制的，事实上，它是人类创造的最具毁灭性的武器。而“人造太阳”却是一个可以控制的持续提供能量的热核聚变反应堆，而不是一个杀人利器。产生热核聚变反应需要极端苛刻的条件，必须在上亿度的高温和数百万个大气压(1个大气压=1013．25百帕)的极端条件下，氘、氚原子核才能发生聚变反应。如果不需要控制能量输出，在地面制造核聚变也不是棘手的难题：氢弹就是把原子弹当“火柴”，来“点燃煤球”。但这样的聚变反应只能带来灾难。

实验室里制造“太阳”

要实现可挫热核聚变反应，过程极为困难。科学家首先要把反应燃料加热到10万摄氏度，成为等离子体，即电子获得一定的能量摆脱原子核的束缚，原子核能够完全裸露出来，为碰撞做准备。然后他们要把这些等离子体继续加热到上亿摄氏度，使原子核拥有足够的动能克服库仑斥力，聚合在一起。

其次，为了避免在瞬间产生巨大的能量，等离子体的密度必须维持在合适的水平。做到了这一步，还没有真正实现可控。这些上亿摄氏度的等离子体，还必须在容器里呆足够长的时间，使聚变反应稳定持续地进行。然而，用什么容器来装这些等离子体呢?

当然没有这样的容器!任何有形的物质在高达亿度的温度下都是气态的。但是我们可以制造一个无形的容器，为了把等离子体约束在极小的空间，我们完全可以用磁场来造一个“河床”，这个无形的“河床”可以让带正电的原子核在河中流动而不至于泛滥，这种方法就称为“磁约束”。要造这样的一个磁“河床”，需要极强的磁场，这个磁场可以通过在超导线圈中通超强电流来实现。有意思的是，超导只有在超低温的时候才会实现，也就是说，我们在超低温的装置里实现超高温!这样的实现核聚变装置就被称为超导托卡马克装置。

中国的“人造太阳”

现在的“人造太阳”技术仍然处于实验室阶段，所用的装置绝大部分是托卡马克装置。最近，中国科学家在“人造太阳”的研究领域取得重大突破，率先建成了世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”实验装置，可以连续工作千秒以上。随着技术的成熟，在未来，这个时间将可以达到一星期或者一个月，这就离现实的工业应用不远了。这意味着“人造太阳”就快要走出实验室，成为真正的能’源危机终结者!乐观的估计认为，在未来的30-50年内，人类将真正实现再造“太阳”。到那时，普罗米修斯的火种将会是永不熄灭的“人造太阳”!

(徐小江)

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