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松樹林中的核聚變

德國之聲2007年2月18日

太陽之所以發光發熱,是因為它內部的氫原子在極度高溫下融化成氦原子,同時放出巨大能量,物理學家稱之為核聚變反應。50多年來,他們就夢想在地球上有控制地實現這一核聚變反應,用來發電。現在,經過多年醞釀,由六國以及歐盟共同合作開發核聚變能的大型國際項目ITER行將啟動,在法國南部的卡達拉舍修建有史以來最昂貴的實驗反應堆——熱核聚變實驗反應堆。下面是德國之聲記者發自卡達拉舍的採訪報導。

梵高的聚變圖片來源: presse

讓‧馬克‧阿內(Jean Marc Ané) 大步走在法國南部的一片森林裡,走過一顆顆的五針松和月桂樹。空氣中彌漫著普羅旺斯地區的典型佐料——迷迭香和百裡香的味道。走了一陣之後,阿內停住了腳步。在他前面,森林當中,聳立著一個高高的旗桿。旗桿盡頭,歐洲聯盟的藍底金星大旗正迎風飄揚。阿內說:「到了,就是這兒。有朝一日,ITER就將建在這裡。前面豎旗桿的地方,將是反應堆的核心部位。我們現在站的這個位置,將來將是等離子體燃燒的地方。」

ITER是國際熱核聚變實驗反應堆計劃的英文縮寫,中文簡稱國際熱核計劃,俗稱「人造太陽」計劃,因為這個反應堆將要模擬的是太陽內部的物理過程:氫的同位素氘和氚,也就是重氫和超重氫在上億度高溫的等離子體狀態下,發生核聚變反應,生成氦原子,釋放出巨大的能量。國際熱核計劃的目標非常明確,就是要建造一個可以自持燃燒的核聚變實驗堆,證明受控熱核聚變可以成為造福人類的未來能源,而且是一個安全的、環保的、真正是取之不盡用之不竭的能源。

阿內介紹說:「我個人認為,我們有責任、有義務開發清潔能源,開發不會排放溫室氣體的能源。今天,人類所消耗的能源有85%來自石油、天然氣和煤。到本世紀末,這個比例應當降低到20%以下。這個目標是對人類的一個巨大挑戰。然而,我們不得不接受這個挑戰,而且必須達到這個目標,否則的話,全球的氣候將會因為溫室效應而急劇變暖,後果將不堪設想。」

為了點燃「人造太陽」,阿內和他的同事們將在法國南部的卡達拉舍建造一台規模龐大的設備:一個直徑28米、高30米、由1000多萬個零件组成的大型圓柱體設備。參與國際熱核計劃的物理學家比爾‧斯皮爾斯(Bill Spears)介紹說:「國際熱核實驗反應堆將可達到500兆瓦的核聚變發電功率,和一座常規電站差不多。這樣,它產出的能量就應當是投入能量的10倍。我們的第一個目標是讓等離子體至少能夠自持燃燒7分鐘的時間。隨後再漸漸地把燃燒時間延長到幾個小時、甚至幾天。」

這些目標相當宏大,因為它們在技術上帶來的挑戰是巨大。但假如成功的話,核聚變能源將具備重要的、無與倫比的優勢。斯皮爾斯介紹說:「核聚變反應所需要的燃料地球上到處都是,人們可以隨心所欲,自由支配。重氫可以從海水中提取,生產超重氫所需要的鋰元素可以從一般的石頭中提取。這兩種原材料,也就是水和石頭,地球上可以說是無窮無盡的。」

而且,核聚變反應釋放的能量大得超出人們的想像。形象地來說,就是三瓶礦泉水、兩塊石頭,就可以為一個四口之家提供一年的電力。不過,批評者卻認為,核聚變反應堆其實並沒有那麼保險,還是存在放射性氫原子洩漏、污染環境的可能性。他們還認為,核聚變反應堆可以被懷有惡意的人濫用,可以被當作增殖反應堆用於生產核武器。支持者的反駁理由是核聚變發電站沒有溫室氣體排放問題,也不會生成長久的、也就是半衰期很長的核廢料。

不管怎樣,世界上許多國家的政府對核聚變發電寄予厚望,願意在今後30到40年的時間內投入100億歐元左右的資金,進行「人造太陽」計劃:作為東道主,歐盟將提供45.5%左右的預算,日本、韓國、俄羅斯、中國、印度和美國將各提供9%左右的資金。各國主要是以實物形式參與項目,也就是說提供反應堆的各個零件。這也意味著,歐盟投入這一項目的大部分資金,都會流回到為該項目提供服務的歐洲企業和研究機構。

11月底,參加國際熱核計劃的七方代表在法國總統府正式簽署了聯合實驗協定以及相關文件,全面啟動了這一世界矚目的人類開發新能源的宏偉計劃。歐盟內部將為此招聘600名科學家、工程師和技術人員。明年年初,人們將開始砍伐松林,為實驗堆開闢地盤。預計2008年前,立項程序就將結束,隨後就可以動土開工了。按計劃,2016年,熱核實驗反應堆將點燃它的第一把核聚變之火。隨後,實驗堆將運行15到20年。

斯皮爾斯告知:「下一步是修建一座試驗性反應堆,我們就稱之為DEMO堆。它應當具備真正的電站規模,目的是顯示我們可以可靠地利用核聚變反應生產電力。運氣好的話,DEMO堆甚至可以起到第一個商業化核聚變反應堆的樣堆作用。」

商業化核聚變電站最早2050年才會開始運行。但這一天還非常遙遠,科學家們還必須通過第一關的考驗,因為現在的這個熱核實驗堆是一次冒險之舉,一次結果不明的冒險。假若失敗,意味著人類的「人造太陽」之夢的破滅。

斯皮爾斯說:「我們的出發點當然是,國際熱核計劃可能將為核聚變能源的利用帶來突破性進展。但也完全有可能的是,實際情況證明這是一條死胡同,難度太大、技術太複雜、成本太高。總之,我們對燃燒的等離子體,對『人造小太陽』沒有絲毫的把握和經驗。國際熱核計劃將會告訴我們行還是不行。」

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