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探秘美国国家实验室:核聚变能源发电触手可及? |
| www.sinoca.com 2009-11-22 南方都市报 [复制链接] 字体：大 中 小 |
谁先掌握清洁能源技术，谁就将统治绿色能源市场。
忘了核电站、煤炭、石油、风能和太阳能吧，请聚焦核聚变能源。为了这种真正的零碳排放能源，科学家们已经屡败屡试了许多年。
美国《新闻周刊》日前报道，美国劳伦斯・利弗莫尔国家实验室的科学家们说，他们已经破解了核聚变能源的难题，如果一切顺利，到2012年，核聚变能源发电将成为现实。
一个颠覆性技术？还是一场高科技幻象？让我们拭目以待。
真正的太阳能发电
从外面看，它不像是劳伦斯・利弗莫尔国家实验室内(离旧金山东约一个小时的车程)的一栋不起眼的10层高的建筑。然而，在10月某一个阳光灿烂的日子走在停车场上时，我不禁思索，也许有一天我会告诉我的孙子，我曾来过这个实验室，并会见了爱德华・摩西，看到了这项将会改变世界的技术。
也许这说明我是乐观主义者，甚至是笨蛋或傻子。我所知道的是，当我见到摩西这个60高龄的科学家，他给我看了一个小颗粒，跟我每天早上吃的维生素丸差不多大小，并信誓旦旦地表示，它将能源源不断地提供安全而又清洁的能源时，我愿意相信他。这似乎无比简单，而又完全可行。摩西拿着的那颗粒只是个模型，实物将包含几毫克的氘和氚，一种可以从水中提取的氢的同位素。如果用超强的激光球燃爆这个颗粒，你可以创造出类似发生在太阳中心位置的反应。驾驭这种反应，就相当于你在地球上创造了一个行星，利用这个行星的热能，你可以产生电能而不会造成任何污染。忘了核电站、煤炭、石油、风能和太阳能吧。“这才是真正的太阳能发电。”摩西说。
摩西所说的正是控制核聚变(融合内核)，而不是普通核裂变发电厂常见的裂变。在裂变反应中，一个铀原子核分裂成两个较小的原子，其能量转化成热能释放出去。这些热能用来产生蒸汽，以驱动涡轮机和发电。而在聚变反应的第二步(热生蒸汽，蒸汽发电)，聚变能量保持不变。你要设法使得氘核和氚核合并、融合，而不是分裂原子核。一旦这种情况发生，你就制造了氦气并伴随着巨大的能量释放。
科学家一直试图生产出可用几十年的核聚变能源。到目前为止，他们屡试屡败。这并不是因为聚变本身不可实现。每个氢弹爆炸都会发生聚变。关键是如何控制聚变过程以得到一系列微小的、可控的爆裂，而不是一次性的爆破。天意弄人的是，聚变能源离我们只有40年之遥，而且似乎是永远的40年。
然而，摩西相信，他的实验室(被称为国家点火设施，或简称N IF)已经破解了这个难题。聚变面临的最大问题是缺乏能量。即使是世界上最大的激光也无法产生足够的能量来同时粉碎所有原子核，并使之稳定。但是，我们所在的建筑如此之大(涵盖面积相当于3个足球场)是因为它包含一个巨大的激光，更确切点说，是一个结合了192个相同激光，并把它们挤压在一个直径30英尺的圆形密室里(小颗粒燃料在此等待爆破)的系统。建设历时10年，在今年年初才得以建成的国家点火设备的激光，产生的能量是其他任何一种激光的60倍。目前这个系统仍在测试之中。不过，明年摩西和他的科学团队将用氘氚燃料将其点燃，摩西有信心能实现“点火”，这意味着在这受控的燃烧中，你所得到的能量比所投入的多很多。
35亿美元制造奇迹还是幻象？
摩西，这个获奖无数而又幽默诙谐的激光科学家，在带我参观国家点火设备时，给我解释了整件事。这是一个巨大的、美丽的、令人折服的机器，其复杂性令人吃惊，有着数公里的金属管道―――以一点小小的脉冲激光来启动，光线通过之时可以被增强强度，并借用特殊的褐色水晶、成千上万的透镜以及镜子来投射光束的机器来传输光，最终把这些光束聚集到一个微乎其微的目标上，而这一切都在弹指之间完成。
但其他科学家警告我说，所有这一切都只是高科技的幻象。他们说，摩西就只想着非核燃料，他和他的同事告诉我的所有事情，我都不能相信。“他们是江湖郎中”，自然资源保护委员会的高级科学家科克伦说。该委员会从国家点火设备项目一开始实施(1997)就跟踪它的进程。科克伦说，国家点火设备的激光还不够强。即使它够强，他说，“这些机器都只会是太大，太昂贵，永远不会有竞争力。”其他一些批评者，如物理学博士伯德纳，华盛顿海军研究实验室的核聚变研究主管(1999年退休)，说摩西的团队淡化了其无法将国家点火设备的激光集中在一个很小目标上的技术问题。
摩西说，国家点火设备已经展示了其聚集于目标物的能力。他很清楚人们的怀疑，但是他相信自己这支拥有500名科学家和工程师的团队一定会成功。他的老板，劳伦斯・利弗莫尔实验室的负责人物理学博士乔治・米勒，清楚地意识到摩西必须克服的难题。“没有哪样事情的成功是可以预先就保证好的。”他说。但是他促成了他们的尝试。“你必须先建立国家点火设备，才知道这到底可不可行。”
他讲的当然在理，大的技术突破总需要冒大的风险。直到它们成功以前，它们似乎总是看似昂贵无比而且毫无希望。人类基因组测序也曾似乎是不可能完成的任务，但政府拨款30亿美元，加上私营公司投资，数以千计的来自世界各地的研究人员花了13年最终将其实现。像基因组计划一样，核聚变能源，也要有一个长期持续的努力过程。这不像是制造iPod，或者Facebook新应用程序的下一个版本。这些从事对物质微粒的操作的科学家工作在人类知识的极其边缘地带。
核聚变能源将是最绿色的能源。但是，国家点火设施的目标并未止步于此，其它目标还包括帮助科学家们获得宇宙本身更深刻的理解，例如，他们将能够研究恒星内部的情况。
鉴于这一切，即使国家点火设施失败了―――35亿美元的投资打了水漂，在我看来，这仍是值得我们去冒的风险。国家点火设施仍需在激光设计、光学及材料科学上一步步突破。他们大大促进激光科学的现有发展状态。然后，为了可以再次尝试，他们将寻求资金以建造更强大的激光。
电力公司开始膜拜劳伦斯・利弗莫尔
可如果摩西对了，国家点火设施成功了，那么，国家点火设施的科学家们必将被载入史册。这就是日本、法国、英国和中国的实验室也都在做核聚变能源的原因。对自己正在做的工作，摩西真的似乎没有任何自疑。没错，面前大的技术挑战很多，但一个接一个的，他们将这些挑战各个击破。他说：“如果有人叫我去建一个商业型核聚变能源工厂，并告诉我说，‘你只有10年的时间’，我一定会接受。”他和一位同事已经给自己目前在建的产品打造了一个品牌，他们称之为激光惯性聚变能，或“L IF E”(激光惯性聚变能的英文缩写，该词在英文中又是“生命”的意思―――译者注)，这至少表明，科学家也多少懂一点市场营销。
摩西认为，到2020年，公用事业公司就将可以建造称为“LIFE发动机”的电厂。到2030年，他说，真正的核聚变能源电厂或许就能开始运行，到2050年，它们可能会普及。而到2100年，全美可望有多达1000个核聚变反应堆在运行，如果公用事业对这项技术继续投资的话。
如果摩西是正确的，这可能将是本世纪最大的技术突破。LIFE将从既便宜又丰富的生产资源中产生零碳排放的能源。支持者们常喜欢用的一个比较是：核聚变可以让10加仑的水产生出一艘石油油轮的能量。这就意味着：全球变暖的解决方案，减少对外国石油的依赖，不再需要进行铀浓缩去制造铀核裂变，因此也将不再有浓缩铀去制造核武器。
核聚变能源将是一个像互联网一样的颠覆性技术，触及经济的每一个部分。如果美国可以第一个商业化核聚变能源，我们将统治绿色能源市场，并能创造出支持半个世纪的就业机会，因为我们将需要不断的建造核聚变能源工厂以向世界其他地区销售。而如果别人获得先机，那就将是我们向他们购买了。核聚变能源还是对一个日趋浮现的危机的一个潜在解决办法。世界人口每年约增长1000万。与我们相比，现在中国和印度的人均能源使用较少，但由于发展中国家的工业化，对电力的需求将会激增，再加上交通也将越来越多地由电力驱动，电力将成为一个源源不绝的需求。据世界资源研究所称，到2030年，全球发电将在2006年的水平上增长近80%。
电力公司已开始膜拜劳伦斯・利弗莫尔。“公用事业公司正在考虑未来，对于如何生产无碳能源，他们手足无措。现在，可再生能源技术非常困难而且昂贵，”摩西说。好消息是，在今年3月，当摩西和他的团队发射了大型的激光束，它们产生的能量比以往任何时候、任何人所产生的都多，超过了1兆焦，摩西说，“就像打破极限纪录一样。”
国家点火设施每天只发射几次激光，科学家爆破的胶囊只含有一丁点的氘，不含氚。这样做是为了测试系统并使其功能慢慢上升。先易后难。在几个月内，国家点火设施会开始使用一个更有效的燃料舱，这次，它含一点点氚，却不含氘。在2010年秋天，小组的目标是启动爆破同时含有足量氘、氚燃料的胶囊，它们将产生出约为1.4兆焦的激光能量。
如果一切顺利，到2012年，国家点火设施将生产出摩西所说的“可重复的、稳定的平台”。这意味着公用事业公司将可能建立核聚变的原型反应堆。摩西分发的关于商业LIFE引擎发电厂的雄心勃勃的时间表，以及充满艺术性的文字，听起来仿佛是从卡通片《宇宙家族》中来的一样。
对于有人批评国家点火设施是个无底洞，不论你投入多少钱，它也不可能成功，摩西耸耸肩说：“人们处在一个‘被拘留的’发展状态之中，在一个地方停滞不前。他们说我们干不成，因为这在20世纪60年代就曾失败了。这好像是说，我们做不出手机，因为我们无法在60年代做手机似的。”
当然，核聚变能源的工作将比做手机要稍微难些。但是，如果摩西和他的团队成功，将有利于我们地球上的每一个人。即使国家点火设施失败，这样一个目标仍值得我们去追求。加拿大华人网 http://www.sinoca.com/
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