>>> 2006年第3期
燃起“太阳之火”
作者：韩吉辰
太阳“燃烧”的秘密
赤日炎炎似火烧!在古代，人类把炽热的太阳比作“神”。随着科技的进步，人类得知“太阳神”不过是一颗普通的恒星，但是太阳之火是怎么燃烧的这个问题一直困扰着人们。有人计算过：如果太阳是个赤红的大“煤球”，只够烧几千年，可是太阳已经“烧了”几十亿年了，尚在壮年。再说太阳表面就有6000℃，内部温度极高达1500万℃，靠煤炭的燃烧是根本达不到这个温度的。
后来，科学家通过研究太阳光谱，发现了太阳上化学元素的组成，揭开了太阳“燃烧”的秘密。太阳主要是由氢元素和氦元素组成的，这是两种很轻的气体。当两个轻原子核结合成一个较重的原子核时，也会释放能量。我们称这种结合为聚变，放出的能量称为聚变能。
原子核都带正电，核聚变成一个较重的原子核时，首先要克服彼此间的静电斥力。轻原子核带的正电少，彼此间的静电斥力小，所以质子数越少的原子核越容易聚变。轻原子核不但容易聚变，而且聚变时放出的能量多。太阳上的氢在极高的温度和极高的压力状态下聚合为氦，同时源源不断地释放出巨大能量，即太阳的光和热，这种反应就是“核聚变。”
地球上的“小太阳”
1952年，地球上出现了一个“小太阳”，那是爆炸了一颗氢弹。氢弹很小，但它的光和热却相当于几十颗原子弹，产生了地球上从未有过的超高温。氢弹“轰隆”一声巨响，可以造成巨大的破坏。氢弹使人恐惧，又给人类带来希望。
实际上，在考虑轻原子核的聚变时，目前只考虑氢的同位素之间的聚变。氢的各种同位素的质子数最少，只有一个，所以互相间静电斥力最小，在人工的条件下最容易聚变。氢有三种同位素：氕、氘、氚，氢是上述三种同位素的总称。在氢的同位素中，氘和氚之间的聚变又最容易，所以人们一般将氘和氚称为聚变核燃料。氢弹的成功爆炸证明，人可以制造出太阳上存在的核聚变反应。但是氢弹一旦爆炸，人们就无法控制。如果人们能够控制它，让它缓慢地连续地释放能量，那就是造福人类的能源了。进入20世纪90年代之后，科学家开始研究利用氢的同位素进行可控制的“核聚变”。
关键是如何让它受控制。实现受控核聚变很复杂，首先要解决两大难题：第一个是“点火”，我们知道，冬天点燃煤球炉时，必须首先使用劈柴引火，利用劈柴产生的热量引发煤球燃烧，而核聚变反应要在近亿摄氏度高温下进行，氢弹爆炸是靠原子弹爆炸产生的高温引爆的，是无法控制的爆炸，因此这种方法在生产生活上是绝对不行的。第二个难题是“容器”，比如炼钢时需要“炼钢炉”，火力发电需要有“燃烧炉”，这样剧烈的燃烧在“容器”中进行，而核聚变反应的近亿摄氏度高温，什么“容器”承受得住呢?
“神光”与“磁瓶”
当代的科学家解决了这两个难题。激光解决了第一个“点火”难题，而超导“磁瓶”解决了第二个“容器”之难题。
激光技术的发展，使“点火”难题有了解决的可能。20世纪60年代激光技术问世后，由于激光能瞬间产生极高的温度，科学家就利用高功率激光引发核聚变的试验。激光输出功率达100万亿瓦时，就可以点燃核聚变，使物质达到极高温，能加热到400万摄氏度到1000万摄氏度，甚至瞬时温度达到1亿摄氏度，是世界最高纪录。
神奇的“磁瓶”，也叫“磁笼”，我们肉眼看不见、伸手摸不着，是由强大的“磁场”包围的一个空间，在磁瓶范围内“热核反应”剧烈进行，不会蔓延泄漏。为什么“磁瓶”可以约束热核反应呢?原来物质在平时是固体、液体和气体。随着温度的升高，气体电离成为“等离子”体，氢气到10万度左右就可以成为完全等离子体。而“等离子”体都是带电粒子，只听从磁场的约束。
真正的“神光”点火器，是一种由强大磁场包围起来的“磁瓶”，它可以使超高温下的氢原子变成的带电粒子听从磁场的约束，核聚变反应在磁瓶中进行。这是20世纪50年代初期，前苏联科学家提出的托卡马克概念。托卡马克是磁线圈圆环室的俄文缩写，又称环流器。圆环上绕的线圈产生的超强磁场，使等离子体保持在圆环的中心，不会和圆环的内壁接触。
燃起“太阳之火”
世界各国都在加紧研究受控核聚变装置，因为人类面临着环境和能源危机，目前大量使用的矿物能源，不仅造成各种严重的污染和“温室效应”，而且大约在200年之内，石油、煤和天然气资源都有枯竭危险。核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。
目前的核电站是利用核裂变而发电。而“核裂变”远远比不上核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射，伤害人体，而且贻害千年的废料也很难处理，核聚变的辐射则少得多。核聚变的燃料可以说取之不尽，用之不竭。若利用核聚变反应则非常有希望解决这一问题，因为海水中含有大量氢及其同位素，据计算：一桶海水中能提取的氘的能量相当于300桶汽油。若将浩瀚大海中所有的氘核能都释放出来，它所产生的能量足以供人类使用数百亿年。
“国际热核试验堆”计划已经正式实施，包括欧盟、加拿大、俄罗斯、日本、韩国、中国和美国，它是在“国际空间站”、“人类基因组计划”之后，又一个大型的国际科技合作项目，世界首座核聚变反应堆建造计划在30年中总投资100亿欧元，其首期建造工程将持续10年，预计耗资47亿欧元。我国研制的全超导托卡马克装置，已达到1000秒稳态运行，正在力争达到实际应用的水平。
我们相信，”太阳之火”在地球上点燃的日子为期不远了。
（陈昌喜摘自2005年6月9日《今晚报》
责编：叶万军 插图：苏米