來自歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和中國的國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆計劃六方代表6月28日在莫斯科達(dá)成協(xié)議,確定法國南部城市馬賽附近的卡達(dá)拉舍為國際熱核反應(yīng)堆的建造地。這一計劃的目的是從海水中提取氫的同位素用于核聚變反應(yīng),從而產(chǎn)生巨大能量。這一過程的原理與太陽產(chǎn)生能量的原理相似。與現(xiàn)有的核裂變反應(yīng)堆相比,熱核反應(yīng)堆的燃料可以說取之不盡,而且污染也小得多。
法國《費(fèi)加羅報》6月28日發(fā)表文章,解讀有關(guān)國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆重要意義的七個問題:
一、國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆有何用處?
國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆不能馬上解決地球上的所有能源問題,但是它將努力證明:通過核聚變反應(yīng)大量獲得能源是可能的。目前的核電站利用的是核裂變反應(yīng):把大的鈾原子分裂成兩個較小的原子,并在這一過程中釋放能量。這些能量再通過一個渦輪機(jī)變成電能。聚變的夢想完全是另外一回事。它不是把大的原子分裂成小的,而是把兩個小原子合并成一個大原子。這種反應(yīng)形式就是太陽內(nèi)部巨大能源的來源。軍方已經(jīng)用上一些熱核武器和氫彈,利用的就是氫原子核聚變所釋放的巨大能量。但是近50年來,物理學(xué)家們知道,這種聚變反應(yīng)難以控制和利用。現(xiàn)在,為了推進(jìn)這項研究,科學(xué)家們需要一個比現(xiàn)有裝置功率大十倍的設(shè)施。
二、聚變反應(yīng)堆如何運(yùn)轉(zhuǎn)?
為了控制聚變,科學(xué)家們研究的方向之一,即國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆確定的研究方向,是把一種氣體加熱到很高的溫度,然后用強(qiáng)力電磁鐵把它控制在一個磁圈內(nèi)。這種裝置是1968年由前蘇聯(lián)人發(fā)明的,取名托卡馬克。國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆的托卡馬克將是一個直徑超過12米、容積可達(dá)837立方米的環(huán)形容器,有超導(dǎo)電磁線圈環(huán)繞。在這個環(huán)形磁場內(nèi),氘和氚的混合氣體被加熱到一億度以上的高溫。在這種條件下氘和氚才會聚變。國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆的兩大技術(shù)目標(biāo)是成功地達(dá)到維持聚變反應(yīng)所必需的功率(500兆瓦),并且至少使這種狀態(tài)保持300秒鐘。目前世界上輸出功率最大的托卡馬克裝置是建在英國的歐洲聯(lián)合環(huán)JET。1997年它的最高輸出功率達(dá)到每次聚變16兆瓦,但是僅能保持幾秒鐘的時間。
三、聚變是取之不竭的能源嗎?
理論上,只需1公斤氘和10公斤鋰(通過鋰可以得到氚)就可以保證一個聚變核電站一天內(nèi)以1000兆瓦的功率發(fā)電。相比之下,得到這么大的功率需要500公斤鈾或1萬噸煤。但是,據(jù)此就可以說聚變是取之不竭的能源嗎?氘沒有問題,通過電解海水,輕而易舉就可以得到大量的氘。鋰就比較麻煩,自然界里很少,也要從海水里提取,但要比氘難度大。鋰帶來的第二個困難是:它進(jìn)入反應(yīng)堆只能變成氚后再與氘發(fā)生聚變。國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆目前只是部分地解決了這個問題:反應(yīng)堆不能自己制造氚,必須不斷地往里加入這種物質(zhì)。
四、聚變是清潔能源嗎?
聚變與裂變(核電站采用的反應(yīng)方式)不同,它不產(chǎn)生長達(dá)千年都不能分解的核廢料,就這一點(diǎn)而言可以說它是一種更為清潔的能源。但是聚變能產(chǎn)生壽命較短的輻射物質(zhì),也必須進(jìn)行處理。首先受影響的是反應(yīng)堆環(huán)形容器的金屬壁,在聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子轟擊下,將會出現(xiàn)一些放射物質(zhì),比如鈷。等到國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆運(yùn)轉(zhuǎn)20年后拆除的時候,需要把這些材料留在原地一部分,直到它們的輻射程度降低。還有另外一種廢料:接觸過氚的材料。為了對這種材料進(jìn)行處理,就必須對反應(yīng)堆定期進(jìn)行維護(hù)。總之,聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢料總量相當(dāng)于同等輸出功率的核電站產(chǎn)生的廢料。另外需要一提的是,聚變反應(yīng)堆與裂變核反應(yīng)堆一樣,不產(chǎn)生加劇溫室效應(yīng)的氣體。
五、國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆有危險嗎?
與目前的核電站不同,聚變反應(yīng)堆從本質(zhì)上講不可能發(fā)生泄漏。所以國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆和下一代聚變反應(yīng)堆不會像切爾諾貝利核電站那樣發(fā)生重大事故。國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆巨大的磁環(huán)其實(shí)是在800多立方米的空間里只裝幾克燃料(氘和氚)。只有在這種等離子氣體達(dá)到相當(dāng)高的溫度時才會發(fā)生聚變反應(yīng)。如果由于某種原因,環(huán)形容器內(nèi)部的平衡被打破,等離子氣體就會迅速降溫,聚變反應(yīng)也將驟然中止。聚變反應(yīng)堆唯一要注意的問題就是要制定防輻射的保護(hù)措施。另外,聚變反應(yīng)堆不對環(huán)境和周圍居民構(gòu)成威脅。
六、國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆將來能發(fā)電嗎?
不能。國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆只是一個研究工具,將來不會連接電網(wǎng)。它的目的是找到聚變的最佳條件。目標(biāo)是建立一個功率可達(dá)500兆瓦、時間持續(xù)300秒以上的聚變反應(yīng)堆。到那時才有可能進(jìn)入下一個階段:利用聚變發(fā)電。這個目標(biāo)將由國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆的接班人來實(shí)現(xiàn)。那就是聚變反應(yīng)堆的第一個工業(yè)版本――被稱為Demo的聚變發(fā)電裝置。它的規(guī)模將比國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆大20%,可以持續(xù)聚變,達(dá)到1000兆瓦的輸出功率。Demo最快也得2035年開始建造,所以人們只有等到2050年以后才有望用上聚變反應(yīng)堆發(fā)出的第一度電。
七、國際熱核實(shí)驗反應(yīng)堆有把握成功嗎?
該計劃為期30年,共計投資100億歐元。政客們肯定會保證說該計劃將大獲成功并實(shí)現(xiàn)它的目標(biāo)。可是某些研究人員卻對在這樣一個項目上投入這么大財力心存疑慮。這個研究項目是對科學(xué)與技術(shù)的雙重挑戰(zhàn),肯定會出現(xiàn)意想不到的困難。
說到聚變反應(yīng)堆的未來前景,最讓人擔(dān)憂的一個問題是金屬環(huán)的內(nèi)壁能否承受如此巨大的中子轟擊?人們能不能制造足夠多自然界里找不到的氚?