終極能源實驗遭遇坎坷 核聚變能是否一場空

2016/12/9 14:35:51

自1985年，美蘇兩個超級大國的領(lǐng)導(dǎo)人在日內(nèi)瓦發(fā)表了一項聯(lián)合聲明，聲明中提到兩國將“本著全人類的共同利益”開發(fā)一種新能源。

時至今日，這個項目已經(jīng)演變成21世紀(jì)人類最宏大的一場科學(xué)活動。如果一切順利的話，它將一勞永逸地解決人類的能源危機。這就是ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)，全稱“國際熱核實驗反應(yīng)堆”，它要在地球上制造出人造太陽，消耗50兆瓦的能量，卻會輸出達(dá)到500兆瓦的動力，所需要的僅僅是宇宙中蘊藏豐富的物質(zhì)：氫。

該項目一直著眼于原理論證，希望最終描繪出的技術(shù)，能填補人類對能源的無止境需求。各個項目參與國的政府對推動該項目的熱情一直不減。

然而據(jù)近期報道，目前為止該項目的預(yù)算已經(jīng)幾次翻倍，在工程技術(shù)上也存在一些問題，技術(shù)流程也很繁瑣。比如參與國不是集中資源一同開發(fā)，而是先在各自國家生產(chǎn)組件，再運到法國南部ITER所在地去組裝。

而將近一年前ITER還只是地上一個10多米深的大洞，直到最近才剛剛把約100多萬立方米的混凝土填下去。項目投入運行的日期也從2016年推至2018年，再推至2020年底。首次凈能量輸出實驗起碼要等到2026年，此時距項目開工已20年。

哪怕是這樣，ITER還只是新能源的序幕，就算ITER獲得成功，之后還要建造第二代的測試反應(yīng)堆，只有這些反應(yīng)堆都運行正常，各地才會建造能夠并網(wǎng)發(fā)電的核聚變電站。

在1998年，基于對開支的考慮，美國曾退出了該項目，但美國只負(fù)擔(dān)著整個項目費用的9%。不過其子項目美國國家點火裝置(NIF)的研發(fā)似乎并沒有停止。

現(xiàn)在看來，NIF大概可以堪稱美國有史以來最龐大而昂貴的擺設(shè)了。NIF已經(jīng)超支50億美元，而進(jìn)展比計劃落后了許多。

這個位于加州勞倫斯·利弗莫爾實驗室的巨大激光裝置原本被設(shè)計為慣性約束核聚變示范項目。慣性約束是兩條并行發(fā)展的通向安全利用“太陽威力”的道路之一，另一套或許更可行的方案是磁約束核聚變。

在幾年前，當(dāng)激光核聚變的理論研究結(jié)果看起來有些不樂觀的時候，項目預(yù)算從20億美元膨脹到了40億美元，主管們開始將NIF作為一種核武器仿真測試手段向美國國會和能源部推銷。

將激光匯聚于一點撞擊微小的靶標(biāo)就可以用來評價核彈頭的可靠性，這想法對于普通外行而言是不可接受的，甚至于專家們也不接受。多年來美國最受尊敬的核武器獨立專家理查德·加溫幾年前對《IEEE Spectrum》雜志表示：“(我)認(rèn)為NIF的實驗與核武器測試直接相關(guān)是錯的，NIF裝置中的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于真正的核武器所產(chǎn)生的溫度，而且用來測試的物質(zhì)的量也小許多。”但這不能阻止美國能源部推動該項目的建設(shè)和國會為其提供經(jīng)費。

現(xiàn)如今，NIF的總預(yù)算恐怕將達(dá)到70億美元，實驗室開始使盡全身解數(shù)聲稱成功已經(jīng)近在咫尺。今年7月初他們宣布完成了一次歷史性創(chuàng)紀(jì)錄的激光發(fā)射，這使15年來的工作和付出都是值得的。在這次發(fā)射中，192個激光器產(chǎn)生了超過500萬億瓦特的峰值功率，將1.85兆焦耳的紫外激光發(fā)射到了靶標(biāo)上。實驗室的專家預(yù)測，達(dá)到激光器產(chǎn)生能量多于消耗能量的臨界點可能最快在明年就能實現(xiàn)。

但是這個“明年”現(xiàn)在或?qū)⒆兂珊芏嗄旰�，有關(guān)核武器方面事項的首席記者威廉·布羅德在報道中表示，截至目前NIF的狀況就是“搞不定”。

一位監(jiān)管激光項目的國家核安全管理局官員唐納德L·庫克告訴布羅德說：“我們要開始對出現(xiàn)的差錯進(jìn)行嚴(yán)肅的調(diào)查�！�

盡管這座聚變裝置已經(jīng)被作為核武器的可靠性測試裝置推廣過，但實驗室的專家現(xiàn)在又回到了老路上來，準(zhǔn)備將其作為能源機器再次推銷。

今年早些時候，實驗室主任接受CBS“60分鐘”節(jié)目采訪時表示，NIF的目標(biāo)是創(chuàng)造“清潔、取之不盡的能源”。他說這將使美國從溫室氣體排放的困境和對中東石油的依賴中解脫出來，而這種技術(shù)的商業(yè)化可能在10年之內(nèi)開始。

不管怎樣，ITER能夠檢驗核聚變是否可行，但它不能證明核聚變是否能商業(yè)化運行。而我們有很多理由說明后者的不可行，最簡單的理由就是聚變過程中的輻射強度非常高，能損壞像鋼這樣的普通物質(zhì)，因此核聚變電站需要采用一些目前還沒有的新材料，才能抵擋等離子體長達(dá)數(shù)年的轟擊，不然反應(yīng)堆就需要經(jīng)常停機檢修。再者，燃料氚的來源也成問題，發(fā)電站必須自行制備，比如利用反應(yīng)堆本身的核反應(yīng)過程來制造氚。

有人認(rèn)為，建造一臺基于ITER技術(shù)的反應(yīng)堆，最大的障礙在于該裝置極端的復(fù)雜性。那些特殊的加熱系統(tǒng)和自制部件可能在實驗中運行良好，但作為電站需要的是簡單、易維護，英國原子能管理局負(fù)責(zé)人史蒂夫· 考利說：“無法想象一臺到處叮叮咣咣的機器怎么能日復(fù)一日穩(wěn)定工作。” 因此，在并網(wǎng)發(fā)電之前，還必須建造第二代的驗證性反應(yīng)堆，不用說，同樣造價不菲�？紤]到目前ITER跌跌撞撞的前進(jìn)腳步，在本世紀(jì)中葉之前，估計什么也運行不起來。