從人類祖先從樹上下來開始直立行走,到發(fā)射火箭把宇航員送上太空和月球,在這幾十萬年里人類對能源的使用方式幾乎沒什么改變。
不論是古代的鉆木取火還是柴草煤炭,還是近代以來的石油和天然氣,這些能源本質(zhì)上都屬于化學能,都是通過破壞燃料的化學鍵來獲得能量,電能的產(chǎn)生更是通過簡單粗暴的“花式燒開水”來實現(xiàn)的。
直到核能的被發(fā)現(xiàn)和利用,人類才算又打開了一扇能源之門,而且這道門里的能量密度,是化學能的上百萬倍。
因為相比分子層面化學鍵的斷裂,扎根于原子層面的核能,釋放的能量更加徹底,但人類目前掌握的可控核裂變技術(shù),還只是入門級別的核反應(yīng),能量釋放遠超核裂變的核聚變,才是核能真正威力的體現(xiàn)。
此刻天空中的太陽就是最好的例子:它靠著內(nèi)部氫元素核聚變的能量,已經(jīng)釋放了50億年的光和熱了。
如果人類掌握了可控核聚變技術(shù),就相當于自己制造了一顆太陽,靠著它帶來的無盡的光和熱,可以釋放近乎無限的電能,永不枯竭的可控核聚變小太陽,將成為未來太空開發(fā)和星際航行的必備能源。
舉例來說:目前傳統(tǒng)的火力發(fā)電站,如果年發(fā)電量是100萬千瓦的話,大約要耗費200萬噸煤來燒開水,同等發(fā)電量的情況下,核裂變發(fā)電廠需要30噸核燃料來燒開水,但如果是核聚變發(fā)電廠的話,只需要0.6噸聚變?nèi)剂?,就能實現(xiàn)發(fā)電100萬千瓦的目標。
地球海水中的氫元素,以及氫元素的三種同位素氕氘氚,都能作為核聚變的燃料,而且每升海水中就含有0.03克氘,在全球海洋儲水量高達13.8億立方千米的情況下,其中蘊含的聚變?nèi)剂献銐蛉祟愇拿鲹]霍數(shù)萬年,不但能從根本上解決能源問題,而且還能避免對地球環(huán)境的污染。
甚至在能源空前富裕之后,無線供電過程中產(chǎn)生大量損耗也許都能被接受,屆時整個地球都將籠罩在電能場中,電將和空氣一樣無處不在,任何用電的設(shè)備都能隨時接收到電力,再也不需要充電。
但比地球海洋中的氫更適合做核聚變?nèi)剂系模?/span>是遠在38萬公里外的月球氦3,現(xiàn)在各國去月球的目的,也基本都是為了它。
因為氦3在核聚變過程中不會產(chǎn)生任何輻射,且僅在月表的月壤中就有超過100萬噸氦3,未來不管是運回地球補貼家用,還是直接在月球上建立核聚變發(fā)電站擴大月球基地,都需要大規(guī)模開采氦3。
《鋼鐵俠》中安放在主角胸口的方舟反應(yīng)堆,在背景故事里也屬于核聚變反應(yīng)堆,但不同于氫彈和太陽這樣的熱核聚變反應(yīng),鋼鐵俠的方舟反應(yīng)堆屬于“冷核聚變”,也就是一種在常溫條件下就能實現(xiàn)聚變能量釋放的技術(shù),屬于地地道道的“黑科技”。
從上世紀50年代提出可控核聚變以來,這項技術(shù)就有了一個“50年魔咒”。
因為每次問“什么時候?qū)崿F(xiàn)可控核聚變?”
得到的回答都是
“50年后”
雖然現(xiàn)在合肥中科大的“中國太陽”可控核聚變裝置,已經(jīng)實現(xiàn)了1億攝氏度情況下穩(wěn)定運行100秒,其他國家的可控核聚變技術(shù)也在進步,但它們都有一個致命的弱點,那就是輸入的能量遠大于輸出的能量,現(xiàn)在最好的實驗數(shù)據(jù),也僅僅是輸出的能量略小于或者相等于輸入的能量。
這個弱點或者說缺點,決定了目前的可控核聚變技術(shù)無法投入實際應(yīng)用,考慮到核能的能量密度,只有當輸出的能量10倍甚至20倍超過輸入的能量時,可控核聚變技術(shù)才算成功,人造太陽才能成為現(xiàn)實。
如果在下一個50年里,可控核聚變真的能成功的話,人造太陽的能量肯定會被首先應(yīng)用在火箭和飛船上,到時候只需要很少的核燃料,就能把體積巨大的火箭和飛船送上太空,速度也將達到千分之一甚至百分之一光速。
人類文明燦爛的未來,也將被可控核聚變發(fā)出的光點亮。