正文 第17章 新時代的引擎——核能(2)(2 / 3)

激光慣性約束實現受控核聚變

慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體裝入直徑約幾毫米的小球內,從外麵均勻射入激光束或粒子束,球麵因吸收能量而向外蒸發;受它的反作用,球麵內層向內擠壓,就像噴氣式飛機氣體往後噴而推動飛機向前飛一樣,小球內氣體受擠壓而壓力升高,並伴隨著溫度的急劇升高。當溫度達到所需要的點火溫度時,小球內氣體便發生爆炸,並產生大量熱能。這種爆炸過程時間很短,隻有幾個皮秒。如每秒鍾發生三四次這樣的爆炸並且連續不斷地進行下去,所釋放出的能量就相當於百萬個千瓦級的發電站。實質上,這種熱核反應就相當於微型氫彈爆炸。

在美國勞倫斯—利弗莫爾實驗室的國家點火設施中,科學家們正在試驗用激光束來誘發聚變。

NIF長215米,寬120米,大約同古羅馬圓形競技場一樣大,它位於美國加利福尼亞州勞倫斯—利弗莫爾國家實驗室。

NIF將192條激光束集中於一個花生米大小的、裝有重氫燃料的目標上。每束激光發射出持續大約十億分之三秒、蘊涵180萬焦耳能量的脈衝紫外光——這些能量是美國所有電站產生的電能的500倍還多。當這些脈衝撞擊到目標反應室上,它們將產生X光。這些X光會集中於位於反應室中心裝滿重氫燃料的一個塑料封殼上。NIF研究小組估計,X光將把燃料加熱到1億度,並施加足夠的壓力使重氫核發生聚變反應。它釋放的能量將是輸入能量的15倍還多。但是,人們希望NIF做更多的工作。它的激光還能夠模擬中子星、行星內核、超新星和核武器中存在的巨大壓力、灼熱高溫和龐大磁場。加利福尼亞州將成為物理學家檢驗他們有關宇宙中最極端情況的理論的地方。

利弗莫爾有850名科學家和工程師,另外大約有100名物理學家在那裏設計實驗。192束激光中有4束已經工作了24個月,並已經發射出世界上最強的激光。NIF的工程自1994年開工以來延期了很多次,但它最終的目標是實現聚變反應,並達到平衡點。

中國的激光熱核點火——“神光”計劃在不斷地研究探索中。中國科學院和中國工程物理研究院從20世紀80年代開始聯合攻關,承擔了“神光”係列激光係統的研製和慣性約束核聚變物理實驗,取得了舉世矚目的成就。

慣性約束涉及很多等離子體動力學問題,如激波加熱問題。在爆聚過程中,對激光束的輸出功率進行調製,使等離子體產生一係列激波,並在所要求的時間內同時收縮到中心,則可使密度增大1000倍,理論上要達到這種效果,大約需要7個激波。另外由於爆聚過程相當於輕流體驅動重流體做加速運動,會產生不穩定性,其後果不僅使爆聚失去對稱性,影響壓縮比,而且會產生強烈混合,降低燃燒率。這是實現激光核聚變的主要障礙之一。

五、核能發電的曆程

核能發電 千難萬險

核能發電的曆史與動力堆的發展曆史密切相關。動力堆的發展最初出於軍事需要。1954年,蘇聯建成世界上第一座裝機容量為5兆瓦的核電站——奧布寧斯克核電站。

接著,英、美等國相繼建成各種類型的核電站。到1960年,有5個國家建成20座核電站,裝機容量1279兆瓦。由於核濃縮技術的發展,到1966年,核能發電成本已低於火力發電。核能發電邁入實用階段。