受控核聚变　　曙光初现

人类文明的不断进步导致能源消耗的急剧增长，世界性的能源危机令人触目惊心，经科学预测，目前地球上的矿物能源将在几十至几百年内枯竭，开发新能源已经刻不容缓。利用受控核聚变反应来发电是最具前景的能源之一。

　　通常，氢的同位素氘和氚在高温条件下会形成更重的元素氦，并释放出大量能量，太阳和其他恒星就是靠这种核聚变产生巨大能量。

　　受控核聚变之所以受到科学家重视，是因为它具有能量释放大，实验资源丰富，成本低、安全可靠等优点，尤其可取的是符合新世纪的环保要求，反应过程不会产生放射性废料，而目前核电站产生的大量放射性废料，至今无法妥善处理。因此，人们对它给予了极大的关注。

　　所谓核聚变最直观的体现是上个世纪50年代初美国实验成功的氢弹爆炸，而对这种巨大能量释放的有效控制至今尚未见到成功的例子。

　　核聚变反应有如人造太阳，因为它的原理来自于太阳内部产生巨大能量的过程。人为地制造这一反应过程，将它的能量转换为电力，就是受控核聚变发电。人类围绕这一和平利用开展的研究，一直没有停止过。

　　 人类大规模获取核聚变能是通过氢弹爆炸来实现。但是，这种反应是不可控制的，仅限于作为残忍的战争手段使用。要把聚变反应的过程控制起来，让它按人类的和平愿望稳定地释放出聚变能，条件极其苛刻：其一，至少要把核聚变燃料加热到几千万摄氏度以上，电离成运动极为活跃的等离子体；其二，等离子体密度至少要达到每立方厘米100万亿个以上；其三，这样的等离子体存在时间至少要持续1秒钟，才能使反应粒子充分碰撞，从而引起聚变反应。

　　

　　要了解核聚变反应速度控制的难度，首先要从聚变的原理说起。实验开始，先把核聚变的原料氘或氚加热至高温高压的等离子状态，同时，利用一个外加磁场将这一团等离子体约束在一定空间范围内，不让它们四处飞散或者与容器壁发生碰撞。然后再加热，直至最终达到核聚变反应的条件。

　　这时，只要有足够的核原料陆续投入，核聚变就能持续进行，而且保证能量的逐渐释放。

　　在这一过程中，对核燃料的加热和约束是控制过程的关键。但是外加磁场约束，有它的不足之处，以往的核聚变点火通常是把相当于一个普通游泳池那么多的氚燃料约束在磁场中，一直加热到很高的温度。

　　那些高速运动中的粒子撞到容器壁上，就会影响核聚变反应的正常进行，更有甚者，由于它们温度极高，还有可能烧毁仪器。

　　前不久，日本大阪大学激光核聚变研究中心与英国卢瑟福研究所利用共同开发的世界最大功率激光器成功进行了一次核聚变反应实验，瞬间的输出功率相当于世界电站总数的几百倍，效率比以往的实验提高了1000倍。这种新方法首先用激光照射牛空的燃料靶丸，使其爆聚为比普通固体密度大100倍的高密度物质，产生可作为燃料使用的等离子体。然后，再让超强功率激光通过一个金质的锥形筒，聚射到直径只有0．5毫米的燃料靶丸上，将这些超高密度的核燃料在十亿分之一秒内加热到1千万摄氏度以上，从而引发聚变反应。

　　实验通过提高激光功率使反应达到了连续点火燃烧状态，为核聚变用于发电铺平了道路。原子核相互碰撞引发核聚变反应，使用的燃料是氘和氚，但是必须在高温高压环境下对其约束，在这一点上，这种激光核聚变格外引人注目。

　　日本和英国共同完成的这一实验，利用超强功率激光从多角度把燃料爆聚成燃料靶丸，经过进一步高温、高压引起核聚变反应。专家们分两个阶段压缩、加热燃料，称其为高速点火方式。

　　将来用于发电时，爆聚、燃烧可反复进行，逐渐释放能量。原子核之间相互碰撞引发核聚变，能量以中子方式发生。这些中子被液态的铅铝合金吸收，经换热器产生蒸气，送往汽轮机用于发电。反应过程中，炉内的燃料靶丸连续受激光照射，核聚变不会中断。

　　为了充分吸收这些中子，炉内壁有液体铅铝合金流动。与以往的外加磁场约束方式相比，激光方式所用的炉体构造简单，大幅节省空间，更便于交通工具等小型设施上的应用。欧美核能机构对这一方式给予极大关注，准备将其引用到受控核聚变的大型实验中去。 不过激光方式也并非十全十、美，实用化前同样面临几个需要迫切解决的问题。

　　

　　首先，靠激光照射为连续反应提供热量，不得不对高温采取相应对策，另外、燃料靶丸体积微小，照射它的激光束必须达到相当高的精度，而且发光效率也有待进一步提高，需要透光性更好的镜头。

　　今年2月，国际热核实验反应堆计划的成员国在俄罗斯圣彼得堡做出决定，将于2013年以前建成世界第一座热核反应堆，地点将在西班牙、法国、加拿大和日本4个国家之间做出选择。

　　工程计划于2006年动工，总造价40亿美元，是继国际空间站之后最大的国际科学合作项目。