地球上幾乎沒有氚,怎麼聚變
難題出現了,氚不同於氘,地球上幾乎沒有,現在人類擁有的氚都是人工製造而非天然提取的。人們通常是用重水反應堆在發電之餘人工製造少量的氚——它是地球上最貴的東西之一。1克氚價值超過30萬美元。這麼貴的原料,顯然是無法接受的。幸好,上帝又給人類提供了一種好東西——鋰,鋰的2種同位素在被中子轟擊之後,就會裂變,其產物都是氚和氦。到目前為止,人類在重水堆中製造氚,用的就是將鋰部件植入反應堆的方法。
其實在核聚變時,氚和氘反應後,除了形成一個氦原子核之外,還有一個多餘的中子,並且能量很高,正好可以用來轟擊鋰靶,產生氚,使反應繼續進行。
這下好了,我們隻需要在核聚變的反應體內保持一定比例的鋰原子核濃度,那麼,核聚變產生的中子就會轟擊鋰核,促使鋰核裂變,產生一個新的氚,這個氚則繼續參與氘—氚反應,繼而產生新的中子,鏈式反應形成了。所以,理論上我們隻需要給反應堆提供兩種原料——氘和鋰,就能實現氘—氚反應,並且維持進行。
氘和鋰兩種原料比較容易取得。氘在海水中的含量比較高,通過精餾法取得重水,然後再電解重水就能得到氘。鋰的資源總量雖然不如氘多,但是更容易取得。一方麵,海水中含有足夠的氯化鋰,分離出來即可;另一方麵,碳酸鋰礦不是稀有資源,更容易獲得。
可以想象,到那時,人類所需要的一次性替代能源——核能將是無窮盡的,不會為可持續發展而操心,不會為能源短缺發生軍事等衝突,最重要的是不會因為使用化石燃料及其他燃料汙染環境。人類將永遠解決能源供應問題了。這個美好的夢估計在2050年前後將會實現。
七、為了能源,規模空前的國際大合作
“國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃”
1985年,作為結束冷戰的標誌性行動之一,蘇聯領導人戈爾巴喬夫和美國總統裏根在日內瓦峰會上倡議,由美、蘇、歐盟、日共同啟動“國際熱核聚變實驗堆”計劃。ITER計劃的目標是建造一個可以控製的托卡馬克核聚變實驗堆,以便對未來聚變示範堆及商用聚變堆的物理和工程問題做深入探索。
最初,該計劃僅確定由美、俄、歐盟、日四方參加,獨立於聯合國原子能委員會之外,總部分設美、日、歐盟三處。由於科學和技術條件還不成熟,四方科技人員於1996年提出的ITER初步設計很不合理,要求投資上百億美元。1998年,美國出於政治原因及國內紛爭,以加強基礎研究為名,宣布退出ITER計劃。歐盟、日、俄三方則繼續堅持合作。2001年,歐盟、日、俄聯合工作組完成ITER裝置新的工程設計及主要部件研製,預計建造費用為50億美元,建造期8~10年,運行期20年。其後,三方分別組織獨立的審查,都認為設計合理,基本上可以接受。
2002年,歐盟、日、俄三方以電子設計自動化(EDA),為基礎開始協商ITER計劃的國際協議及相應國際組織的建立,並表示歡迎中國與美國參加ITER計劃。中國於2003年1月初宣布參加協商,美國在1月末由布什總統宣布重新參加ITER計劃,韓國在2005年被接受參加ITER計劃協商。以上六方於2005年6月簽訂協議,一致同意把ITER建在法國核技術研究中心,法國南部城市卡達拉舍市,從而結束了激烈的“選址大戰”。印度於2006年加入ITER協商。最終,7個成員國政府於2006年5月25日草簽建設ITER協定。