两瓶水,再加上两块拳头大小的物质,就可以满足一个4口之家全年的用电,这并不是异想天开。
正在建造之中的国际热核聚变反应堆ITER,即所谓的“人造太阳”,就可以使这一目标得以实现。ITER明年将在法国南部卡达拉什开始安装,预计2014年完成。完成后供科学家研究现实条件下的核聚变可能,以解决未来能源问题。
迄今,核能一直采用裂变技术,而热核反应堆是将氘和氚在热隔离的条件下置入磁场,并将其加热到1亿摄氏度,相当于太阳内部的温度。这时,磁场让等离子体无接触摆动,在这一温度下,氢离子熔化成氦,释放出巨大能量。如果不出差错,1克氢可以提供相当于11吨煤炭所提供的能量。
在开车前往格拉夫斯瓦特的德国马普等离子研究所的路上,只见繁忙的联邦公路上,来往车辆川流不息。贝克教授就像在给他的学生讲课一样,一直喋喋不休地说着ITER的故事。我嫌贝克说得太多,可他却说,这是为了不让我犯困和打瞌睡。无奈,一路上我只好继续听着他的唠叨。
其实,核聚变原理科学家早已知道,只是试验设备所“吃”进去的能量比释放的能量还要高。例如从英国对托克马克JET试验的情况看,试验时曾获得65%的能量,但这一释放时间仅持续了2秒。从理论上说,ITER可以提供10倍于所吃进的能量,约500兆瓦,相当于一座小型发电站的发电功率。
科学家认为,从技术上讲完全有能力实现这一目标,问题是设备运行持续时间,这取决于耐高温材料。由于目前没有能够耐如此高温的材料。因此,目前材料科学家必须寻找这类材料。预计,采用ITER进行试验的时间为35年,也就是说,至2050年用热核聚变技术发电恐怕还有一定的难度和风险。
由于路上车辆太多,加上到处限速,200公里的路程用了将近6个小时。等我们抵达研究所时,已经晚了近一个小时。还好,先到的人正在大厅听讲解,并没有耽误参观的时间。反正有贝克在,我心里不慌。
德国马普格拉夫斯瓦特等离子研究所开发的“螺旋石”7―A利用仿星器原理于1980年首次进行过演示,比南部佳钦1988―2002年建造的“先进仿星器”螺旋石7―AS更先进,在磁场方面作了改进,45个3维绕组采用了模块式结构。
无论是7―A,还是7―AS,他们试验所提供的理论依据都是为了建造更先进的7―X,即正在格拉夫斯瓦特研究所安装的最新仿星器,它也是ITER计划的重要组成部分之一。螺旋石7―X采用铌钛合金导线作为线圈材料,由200根超导线材束成电缆,其外用强化铝合金冷凝管中的液态氦冷却到4K。整个装置所用超导线长达60公里。螺旋石7X仿星器呈环形,高4米,直径15米,重55吨,磁场强度3特拉斯,等离子体容器的最大半径5.5米,最小为0.53米。全部投资近4亿欧元。另外,根据分工,卡尔斯鲁厄研究中心提供设备微波加热部分,于利希研究中心提供设备诊断部分。目前,为解决材料问题,科学家正在对等离子容器内部所使用材料进行紧张试验,因为等离子富能粒子会使容器壁上的颗粒掉入等离子体,影响质量。此外,如果容器壁受到侵蚀,可导致材料特性改变。新材料还包括装置特殊部位所使用的材料和涂层,如碳纤维增强碳材,耐高温,热导和防腐蚀等材料。
受控核聚变可以改变人类长期依赖化石能源资源的状况,对德国来说尤为重要,因为德国将在20年后关闭现有核电站。但是,据称下一届新政府将有可能延长现有核电站的使用期,采取多种能源并存的能源政策,一如既往地支持受控核聚变研究。
目前,环保主义者认为,核聚变也会对环境造成放射污染,但ITER参与者认为,核聚变辐射远低于核裂变反应的辐射。ITER反应堆100年的核废料也不如一座热电厂的废料。一旦ITER发生事故,损坏的只是昂贵的试验设备,不会给环境造成污染。
信息来源:科技日报