來(lái)自歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和中國的國際熱核實(shí)驗反應堆計劃六方代表6月28日在莫斯科達成協(xié)議,確定法國南部城市馬賽附近的卡達拉舍為國際熱核反應堆的建造地。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,從而產(chǎn)生巨大能量。這一過(guò)程的原理與太陽(yáng)產(chǎn)生能量的原理相似。與現有的核裂變反應堆相比,熱核反應堆的燃料可以說(shuō)取之不盡,而且污染也小得多。
法國《費加羅報》6月28日發(fā)表文章,解讀有關(guān)國際熱核實(shí)驗反應堆重要意義的七個(gè)問(wèn)題:
一、國際熱核實(shí)驗反應堆有何用處?
國際熱核實(shí)驗反應堆不能馬上解決地球上的所有能源問(wèn)題,但是它將努力證明:通過(guò)核聚變反應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:把大的鈾原子分裂成兩個(gè)較小的原子,并在這一過(guò)程中釋放能量。這些能量再通過(guò)一個(gè)渦輪機變成電能。聚變的夢(mèng)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(gè)小原子合并成一個(gè)大原子。這種反應形式就是太陽(yáng)內部巨大能源的來(lái)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(lái),物理學(xué)家們知道,這種聚變反應難以控制和利用?,F在,為了推進(jìn)這項研究,科學(xué)家們需要一個(gè)比現有裝置功率大十倍的設施?!?
二、聚變反應堆如何運轉?
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,然后用強力電磁鐵把它控制在一個(gè)磁圈內。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)驗反應堆的托卡馬克將是一個(gè)直徑超過(guò)12米、容積可達837立方米的環(huán)形容器,有超導電磁線(xiàn)圈環(huán)繞。在這個(gè)環(huán)形磁場(chǎng)內,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(huì )聚變。國際熱核實(shí)驗反應堆的兩大技術(shù)目標是成功地達到維持聚變反應所必需的功率(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到每次聚變16兆瓦,但是僅能保持幾秒鐘的時(shí)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(guò)鋰可以得到氚)就可以保證一個(gè)聚變核電站一天內以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(wàn)噸煤。但是,據此就可以說(shuō)聚變是取之不竭的能源嗎?氘沒(méi)有問(wèn)題,通過(guò)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(lái)的第二個(gè)困難是:它進(jìn)入反應堆只能變成氚后再與氘發(fā)生聚變。國際熱核實(shí)驗反應堆目前只是部分地解決了這個(gè)問(wèn)題:反應堆不能自己制造氚,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(核電站采用的反應方式)不同,它不產(chǎn)生長(cháng)達千年都不能分解的核廢料,就這一點(diǎn)而言可以說(shuō)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堆環(huán)形容器的金屬壁,在聚變反應產(chǎn)生的中子轟擊下,將會(huì )出現一些放射物質(zhì),比如鈷。等到國際熱核實(shí)驗反應堆運轉20年后拆除的時(shí)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(guò)氚的材料。為了對這種材料進(jìn)行處理,就必須對反應堆定期進(jìn)行維護??傊?,聚變反應堆產(chǎn)生的廢料總量相當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,聚變反應堆與裂變核反應堆一樣,不產(chǎn)生加劇溫室效應的氣體?!?
五、國際熱核實(shí)驗反應堆有危險嗎?
與目前的核電站不同,聚變反應堆從本質(zhì)上講不可能發(fā)生泄漏。所以國際熱核實(shí)驗反應堆和下一代聚變反應堆不會(huì )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到相當高的溫度時(shí)才會(huì )發(fā)生聚變反應。如果由于某種原因,環(huán)形容器內部的平衡被打破,等離子氣體就會(huì )迅速降溫,聚變反應也將驟然中止。聚變反應堆唯一要注意的問(wèn)題就是要制定防輻射的保護措施。另外,聚變反應堆不對環(huán)境和周?chē)用駱嫵赏{?!?
六、國際熱核實(shí)驗反應堆將來(lái)能發(fā)電嗎?
不能。國際熱核實(shí)驗反應堆只是一個(gè)研究工具,將來(lái)不會(huì )連接電網(wǎng)。它的目的是找到聚變的最佳條件。目標是建立一個(gè)功率可達500兆瓦、時(shí)間持續300秒以上的聚變反應堆。到那時(shí)才有可能進(jìn)入下一個(gè)階段:利用聚變發(fā)電。這個(gè)目標將由國際熱核實(shí)驗反應堆的接班人來(lái)實(shí)現。那就是聚變反應堆的第一個(gè)工業(yè)版本――被稱(chēng)為Demo的聚變發(fā)電裝置。它的規模將比國際熱核實(shí)驗反應堆大20%,可以持續聚變,達到1000兆瓦的輸出功率。Demo最快也得2035年開(kāi)始建造,所以人們只有等到2050年以后才有望用上聚變反應堆發(fā)出的第一度電。
七、國際熱核實(shí)驗反應堆有把握成功嗎?
該計劃為期30年,共計投資100億歐元。政客們肯定會(huì )保證說(shuō)該計劃將大獲成功并實(shí)現它的目標??墒悄承┭芯咳藛T卻對在這樣一個(gè)項目上投入這么大財力心存疑慮。這個(gè)研究項目是對科學(xué)與技術(shù)的雙重挑戰,肯定會(huì )出現意想不到的困難。
說(shuō)到聚變反應堆的未來(lái)前景,最讓人擔憂(yōu)的一個(gè)問(wèn)題是金屬環(huán)的內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?