作者：黃大榮
全世界80億人，無時(shí)無刻不在消耗能源。石化能源，終有用盡的一天?？梢哉f，世界的不安寧，就因?yàn)樵跔?zhēng)奪能源。石化能源還威脅著地球生態(tài)，碳排放令地球氣候變暖；而只要地球平均溫度再升高3攝氏度，將導(dǎo)致冰川融化，引發(fā)淡水危機(jī)；世界最繁榮的沿海經(jīng)濟(jì)圈，也將不復(fù)存在。
人類不得不尋找新的能源?？茖W(xué)家首先想到的是太陽。太陽塑造了地球和地球萬物生命，從地球來看，太陽就是我們的上帝。所以，科學(xué)家試圖模擬太陽，制造“人造太陽”。核聚變產(chǎn)生能量的原理是愛因斯坦質(zhì)能公式：E=mc2。質(zhì)能方程可以解釋為：在核反應(yīng)中，生成的新物質(zhì)的質(zhì)量減小了，損失的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成能量釋放。太陽能釋放能量，是因?yàn)樗诎l(fā)生核聚變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：質(zhì)子-質(zhì)子鏈（PP鏈）反應(yīng)。
第一個(gè)步驟是兩個(gè)氫原子發(fā)生核聚變成為氘，一個(gè)質(zhì)子經(jīng)由釋放出一個(gè)e+（正電子）和一個(gè)中微子成為中子：1H+1H→2H+e++νe。在這個(gè)階段中，釋放出的中微子帶有0.42MeV的能量。
這個(gè)步驟進(jìn)行得非常緩慢，因?yàn)樗蕾嚨摩抡娮铀プ?，需要吸收能量，將一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子。事實(shí)上，這是整個(gè)反應(yīng)的瓶頸，一個(gè)質(zhì)子平均要等待109年才能融合成氘。一旦融合，正電子立刻就和電子湮滅，它們的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成兩個(gè)γ射線的光子被帶走：e++e-→2γ（它們的能量為1.02MeV）。在這之后，氘先和另一個(gè)氫原子融合成較輕的氦同位素3He：2H+1H→3He+γ（能量為5.49MeV）。然后，有三種可能的路徑來形成氦的同位素4He。在pp1分支，氦-4由兩個(gè)氦-3融合而成；在pp2和pp3分支，氦-3先和一個(gè)已經(jīng)存在的氦-4融合成鈹。在太陽內(nèi)部，pp1最為頻繁，占了86%；pp2占14%；pp3只有0.11%；還有一種是極端罕見的pp4分支。攻克可控核聚變，是地球的終極希望。為此，早在38年前，全世界的科學(xué)家就開始了合作。在任何情況下，這一合作也沒有停止過。
主流方案，是托卡馬克裝置。這個(gè)裝置的“點(diǎn)火”，就是讓兩個(gè)等離子狀態(tài)的質(zhì)子，發(fā)生核聚變反應(yīng)。如果核聚變能在一億攝氏度的苛刻條件下，維持1000秒，即16分鐘，并且輸出能量遠(yuǎn)大于輸入能量，就被認(rèn)為初步成功。
電解水H2O生成氫H2，通過核裂變產(chǎn)生的高能輻射蒸氣壓縮氫氣H2，這時(shí)的氫氣成為離子狀態(tài)，輻射蒸氣壓縮H（質(zhì)子），四個(gè)氫核聚變生成一個(gè)氦核，放出巨大的能量。核聚變一般在超高溫和超高壓封閉環(huán)境下進(jìn)行，這個(gè)環(huán)境就是托卡馬克裝置。
一個(gè)氘核和氚核發(fā)生聚變反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中子，并且釋放17.6MeV的能量。中子對(duì)于人體和生物都非常危險(xiǎn)。
聚變反應(yīng)產(chǎn)生中子的麻煩之處在于，中子可以跟反應(yīng)裝置的墻壁發(fā)生核反應(yīng)。用一段時(shí)間之后就必須更換，很費(fèi)錢。而且換下來的墻壁可能有放射性，成了核廢料。還有一個(gè)不好的因素是氚具有放射性，而且氚也可能跟墻壁反應(yīng)。
氘氚聚變只能算第一代核聚變，優(yōu)點(diǎn)是燃料便宜，缺點(diǎn)是有中子。
第二代聚變是氘和氦-3反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)本身不產(chǎn)生中子，但其中有氘，氘氘反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生中子，不過總量非常非常少了。如果第一代電站必須遠(yuǎn)離鬧市區(qū)，第二代估計(jì)可以直接放在市中心。
第三代聚變是讓氦-3跟氦-3反應(yīng)。這種聚變完全不會(huì)產(chǎn)生中子。這個(gè)反應(yīng)堪稱終極聚變。
樂觀地估計(jì)，實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電商用化，還需要30年。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，與庫茲韋爾預(yù)言的人類進(jìn)入人工智能的“奇點(diǎn)”，基本同步。2050年前后，人類將邁進(jìn)科技新紀(jì)元。
人類的終極希望，是讓孩子們將來不為能源枯竭發(fā)愁，能夠永遠(yuǎn)幸福地生活下去，永遠(yuǎn)能看花開花落，日出日落，潮起潮伏，云卷云舒，永遠(yuǎn)享受太陽的普照。而人造太陽，能讓他們擁有取之不盡用之不竭的、清潔、安全的能源，能把沙漠變綠洲，海水變淡水，讓糧食豐產(chǎn)，AI算力大增，太空旅行成常態(tài)……
不過，需要警示人類的是，現(xiàn)在就要思考，如何避免“技術(shù)極權(quán)”奴役自己。
汪洋大海是地球人的寶貝。它含有的核聚變?nèi)剂想銐蛉祟愑?00億年。而地球的最高預(yù)期壽命還有50億年。
（作者系本刊特約撰稿人）
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