第104章 科普：可控核聚變
  （不喜歡或者已經是很了解相關知識的讀者可直接跳過這一章）
  核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，並釋放出能量的過程。

  自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變，這種反應在太陽上已經持續了50億年。

  可控核聚變俗稱人造太陽，因為太陽的原理就是核聚變反應。

  核聚變反應主要借助氫同位素，核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射，不產生核廢料，當然也不產生溫室氣體，基本不汙染環境。

  人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。科學家們希望發明一種裝置，可以有效控制“氫彈爆炸”的過程，讓能量持續穩定的輸出。

  核能包括裂變能和聚變能兩種主要形式。

  裂變能是重金屬元素的原子通過裂變而釋放的巨大能量，已經實現商用化。

  因為裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少，而且常規裂變反應堆會產生長壽命放射性較強的核廢料，這些因素限制了裂變能的發展。

  另一種核能形式是目前尚未實現商用化的聚變能。

  地球上的能量，無論是以礦石燃料，風力，水力還是動植物的形式儲存起來的，最終的來源都是太陽。

  礦石燃料是由千百萬年前的動植物演變而來的，而動植物（無論是今天的還是以前的）的能量最終是要來源於食物鏈底端的植物的光合作用所儲存的太陽能。

  風的起因是由於太陽對大氣的加熱造成的冷熱不均。

  水力的勢能一樣要靠太陽的加熱使處於低平位置的水體蒸發，上升，再以降水形式被“搬運”到較高位置，從而形成勢能。

  因此，無論人類利用這其中哪一種能源，歸根結底都是在利用太陽能，而太陽的能量則是來源於核聚變。

  所以，人類如果掌握了有序地釋放核聚變的能量的辦法，就等於掌握了太陽的能量來源，就等於掌握了無窮無盡的礦石燃料，風力和水力能源。

  一些人鼓吹的現代工業將因為沒有能量來源而走向滅亡的觀點也就破產了。

  因此，可控核聚變反應堆當之無愧地被稱作“人造太陽”。

  我國在可控核聚變技術方面處於世界領先地位，即將開始運行的EAST反應堆是世界上第一個達到實用工程標準的反應堆，如果能夠成功運行，那麽，可控核聚變的商業發電的時日就不遠了。

  名詞：托卡馬克裝置

  托卡馬克裝置是可控核聚變的核心裝置。

  可控核聚變最大的難點在於，核聚變時高達上億攝氏度的反應體放在哪裡？

  迄今為止，人類還沒有造出任何能經受1萬攝氏度的化學結構，更不要說上億攝氏度了。

  這就是為什麽一槌子買賣的氫彈已經製造了50年後，人類還沒能有效的從核聚變中獲取能量的唯一原因。

  人類是很聰明的，不能用化學結構的方法解決問題，我們就用物理的試驗一下。

  早在50年前，兩種約束高溫反應體的理論就產生了。

  一種是慣性約束，這一方法把幾毫克的氘和氚的混合氣體裝入直徑約幾毫米的小球內，然後從外面均勻射入激光束或粒子束，球面內層因而向內擠壓。

  球內氣體受到擠壓，壓力升高，溫度也急劇升高，當溫度達到需要的點火溫度時，球內氣體發生爆炸，產生大量熱能。

  這樣的爆炸每秒鍾發生三四次，並持續不斷地進行下去，釋放出的能量就可以達到百萬千瓦級的水平。

  另一種就是磁力約束，由於原子核是帶正電的，那麽磁場只要足夠強大，你就跑不出去。

  建立一個環形的磁場，那麽原子核就只能沿著磁力線的方向，沿著螺旋形運動，跑不出發生反應的范圍。

  而在環形磁場之外的一點距離，還可以建立一個大型的換熱裝置（此時反應體的能量只能以熱輻射的方式傳到換熱體）。

  然後再使用人類已經很熟悉的方法，把熱能轉換成電能就是了。

  為實現磁力約束，需要一個能產生足夠強的環形磁場的裝置，這種裝置就被稱作“托克馬克裝置”——TOKAMAK。

  也就是俄語中是由“環形”、“真空”、“磁”、“線圈”的字頭組成的縮寫。

  早在1954年，在原蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一個托卡馬克裝置。

  貌似很順利吧？

  其實不然，要想能夠投入實際使用，必須使得輸入裝置的能量遠遠小於輸出的能量才行，我們稱作能量增益因子——Q值。

  當時的托卡馬克裝置是個很不穩定的東西，搞了十幾年，也沒有得到能量輸出。

  直到1970年，前蘇聯才在改進了很多次的托卡馬克裝置上第一次獲得了實際的能量輸出。

  不過要用當時最高級設備才能測出來，Q值大約是10億分之一。

  別小看這個十億分之一，這使得全世界看到了希望，於是全世界都在這種激勵下大乾快上，紛紛建設起自己的大型托卡馬克裝置。

  什麽是“超托卡馬克裝置”呢？

  托卡馬克裝置的核心就是磁場，要產生磁場就要用線圈，就要通電，有線圈就有導線，有導線就有電阻。

  托卡馬克裝置越接近實用就要越強的磁場，就要給導線通過越大的電流。

  這個時候，導線裡的電阻就出現了，電阻使得線圈的效率降低，同時限制通過大的電流，不能產生足夠的磁場。

  托卡馬克貌似走到了盡頭。

  幸好，超導技術的發展使得托卡馬克峰回路轉，只要把線圈做成超導體，理論上就可以解決大電流和損耗的問題。

  於是，使用超導線圈的托卡馬克裝置就誕生了，這就是超托卡馬克。

  名詞：仿星器
  仿星器同樣是采用磁約束原理的可控核聚變裝置。

  這是一種外加有螺旋繞組的磁約束聚變實驗裝置。

  它由一閉合管和外部線圈組成，閉合管呈直線形、“跑道”形或空間曲線形。

  常見的仿星器具有兩對或三對螺旋繞組，前者磁面形狀類似於橢圓，後者則近似於三角形。

  相鄰螺旋繞組中通以大小相等方向相反的電流，螺旋繞組產生的磁場和縱向磁場合成後，磁力線產生旋轉變換，因而能約束無縱向電流的等離子體。

  這樣說吧，托卡馬克外型象一個游泳圈，而仿星器象一個松了的發箍，很不規則。

  個人認為，托卡馬克在能保障磁約束在可控安全程度下，是可控聚變能源商用的較優選擇，仿星器還需要觀察。

  (本章完)