終極能源實(shí)驗(yàn)遭遇坎坷 核聚變能是否一場(chǎng)空

2016/12/9 14:35:51

自1985年，美蘇兩個(gè)超級(jí)大國(guó)的領(lǐng)導(dǎo)人在日內(nèi)瓦發(fā)表了一項(xiàng)聯(lián)合聲明，聲明中提到兩國(guó)將“本著全人類的共同利益”開(kāi)發(fā)一種新能源。

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

該項(xiàng)目一直著眼于原理論證，希望最終描繪出的技術(shù)，能填補(bǔ)人類對(duì)能源的無(wú)止境需求。各個(gè)項(xiàng)目參與國(guó)的政府對(duì)推動(dòng)該項(xiàng)目的熱情一直不減。

然而據(jù)近期報(bào)道，目前為止該項(xiàng)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(wèn)題，技術(shù)流程也很繁瑣。比如參與國(guó)不是集中資源一同開(kāi)發(fā)，而是先在各自國(guó)家生產(chǎn)組件，再運(yùn)到法國(guó)南部ITER所在地去組裝。

而將近一年前ITER還只是地上一個(gè)10多米深的大洞，直到最近才剛剛把約100多萬(wàn)立方米的混凝土填下去。項(xiàng)目投入運(yùn)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(shí)驗(yàn)起碼要等到2026年，此時(shí)距項(xiàng)目開(kāi)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(cè)試反應(yīng)堆，只有這些反應(yīng)堆都運(yùn)行正常，各地才會(huì)建造能夠并網(wǎng)發(fā)電的核聚變電站。

在1998年，基于對(duì)開(kāi)支的考慮，美國(guó)曾退出了該項(xiàng)目，但美國(guó)只負(fù)擔(dān)著整個(gè)項(xiàng)目費(fèi)用的9%。不過(guò)其子項(xiàng)目美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)的研發(fā)似乎并沒(méi)有停止。

現(xiàn)在看來(lái)，NIF大概可以堪稱美國(guó)有史以來(lái)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(jì)劃落后了許多。

這個(gè)位于加州勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室的巨大激光裝置原本被設(shè)計(jì)為慣性約束核聚變示范項(xiàng)目。慣性約束是兩條并行發(fā)展的通向安全利用“太陽(yáng)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(lái)有些不樂(lè)觀的時(shí)候，項(xiàng)目預(yù)算從20億美元膨脹到了40億美元，主管們開(kāi)始將NIF作為一種核武器仿真測(cè)試手段向美國(guó)國(guó)會(huì)和能源部推銷(xiāo)。

將激光匯聚于一點(diǎn)撞擊微小的靶標(biāo)就可以用來(lái)評(píng)價(jià)核彈頭的可靠性，這想法對(duì)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(lái)美國(guó)最受尊敬的核武器獨(dú)立專家理查德·加溫幾年前對(duì)《IEEE Spectrum》雜志表示：“(我)認(rèn)為NIF的實(shí)驗(yàn)與核武器測(cè)試直接相關(guān)是錯(cuò)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(lái)測(cè)試的物質(zhì)的量也小許多�！钡�這不能阻止美國(guó)能源部推動(dòng)該項(xiàng)目的建設(shè)和國(guó)會(huì)為其提供經(jīng)費(fèi)。

現(xiàn)如今，NIF的總預(yù)算恐怕將達(dá)到70億美元，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)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(lái)的工作和付出都是值得的。在這次發(fā)射中，192個(gè)激光器產(chǎn)生了超過(guò)500萬(wàn)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(shí)驗(yàn)室的專家預(yù)測(cè)，達(dá)到激光器產(chǎn)生能量多于消耗能量的臨界點(diǎn)可能最快在明年就能實(shí)現(xiàn)。

但是這個(gè)“明年”現(xiàn)在或?qū)⒆兂珊芏嗄旰�，有關(guān)核武器方面事項(xiàng)的首席記者威廉·布羅德在報(bào)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(xiàng)目的國(guó)家核安全管理局官員唐納德L·庫(kù)克告訴布羅德說(shuō)：“我們要開(kāi)始對(duì)出現(xiàn)的差錯(cuò)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(cè)試裝置推廣過(guò)，但實(shí)驗(yàn)室的專家現(xiàn)在又回到了老路上來(lái)，準(zhǔn)備將其作為能源機(jī)器再次推銷(xiāo)。

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

不管怎樣，ITER能夠檢驗(yàn)核聚變是否可行，但它不能證明核聚變是否能商業(yè)化運(yùn)行。而我們有很多理由說(shuō)明后者的不可行，最簡(jiǎn)單的理由就是聚變過(guò)程中的輻射強(qiáng)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(méi)有的新材料，才能抵擋等離子體長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的轟擊，不然反應(yīng)堆就需要經(jīng)常停機(jī)檢修。再者，燃料氚的來(lái)源也成問(wèn)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(guò)程來(lái)制造氚。

有人認(rèn)為，建造一臺(tái)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(shí)驗(yàn)中運(yùn)行良好，但作為電站需要的是簡(jiǎn)單、易維護(hù)，英國(guó)原子能管理局負(fù)責(zé)人史蒂夫· 考利說(shuō)：“無(wú)法想象一臺(tái)到處叮叮咣咣的機(jī)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(yàn)證性反應(yīng)堆，不用說(shuō)，同樣造價(jià)不菲。考慮到目前ITER跌跌撞撞的前進(jìn)腳步，在本世紀(jì)中葉之前，估計(jì)什么也運(yùn)行不起來(lái)。