书城科普读物百科知识-科普新课堂:新兴能源
45100600000037

第37章 核聚变

在《天方夜谭》一书中有一个“魔瓶”的故事,是说一个渔夫在海上打鱼,一网打了一个瓶子,把瓶盖打开,一个魔鬼出来了,要吃掉救他生命的渔夫,渔夫用自己的聪明才智,机智地又将魔鬼骗入了瓶内,盖上了瓶塞。

现在,科学技术的发展,在科学家们的手下也诞生出了“魔瓶”。当然,这种“魔瓶”装的不再是魔鬼,而是降伏像氢弹那样威力巨大的受控核聚变实验装置。“魔鬼”与其相比,威力又十分渺小。

中国最大的受控核聚变实验装置“中国环流器新一号”,近年来屡创佳绩,引起国际核聚变界的广泛关注。

1984年,我国制造出了自己的第一只“魔瓶”,是中等规模的“中国环流器一号”(HL-1)实验装置。这也是当时我国最大的受控核聚变实验装置。

在这个“魔瓶”里,进行着像氢弹爆炸那样的反应:两个较轻的原子核,如氘、氚等,在超高温的特定条件下,聚合成一个新的较重的核,如氦核,同时,把核中贮藏的巨大能量释放出来,人们称做核聚变反应,也叫热核反应。它放出的能量比原子弹爆炸时产生的能量还大好多倍。

假如用1千克核燃料参加核聚变反应,释放出来的能量相当于7000吨汽油或1万吨煤所放出的能量。不难看出,核聚变反应比裂变反应释放出的能量要多得多。

然而,要使不受控制的氢弹“妖魔”置于人工控制下,让其乖乖地听话又是何等的不易。它的两个反应条件足以让人们止步:一是高温,必须把核燃料加热到l亿度以上,使它的原子分离成离子和电子;二是高压,要用强大的外力,在一定的时间里把离子和电子约束到每立方厘米1万亿亿个以上的密度。

可是,在这样的高温高压下,任何材料做成的“瓶子”,都将会汽化而消失。

不过,科学家毕竟是科学家,他们是有办法的,设计一个中空的环形管,逐段设置铁块做磁场的铁心,把管子围起来。配上高强度的磁场,把环形腔内的高温氘、氚封闭起来,使它们在环形腔内完全分解成带电的离子,而这些带电的离子在磁场作用下,只能沿磁力线方向运动。就像把高温的核燃料“盛放”在“磁瓶”里,有控制地进行热核反应一样。

当时,中国“环流器一号”是属于世界上同类实验装置中先进水平的“托卡马克”型。

在“环流器一号”的基础上,我国又研制出“中国环流器新一号”。于1995年通过国家鉴定,在开展的多轮物理实验中,这一装置取得了多项高水平科研成果,已成为我国核聚变实验的代表性装置。

在第24届欧洲受控核聚变与离子体物理会议上,德国和美国的代表得知“中国环流器新一号”装置在器壁硅化以后,获得长达4秒的长脉冲放电,表示将尽快把这一技术应用到他们研究的几个大型聚变研究装置上。

中国环流器新一号的超声分子束注入技术及实验结果,引起了德国、西班牙、意大利代表的关注。

据介绍,这几个国家也正在研究开发这一技术,但尚未应用于实验。

另外,中国环流器新一号用二毫米波段扫频外差接收系统测得电子温度的空间分布,并观察到的一系列独特的物理现象,激光吹气输杂质实验结果、低混杂波电流驱动实验中中心磁流体不稳性的抑制现象,都引起了国际同行们的兴趣和关注。

外国专家们认为,中国环流器新一号所取得的一系列物理实验参数,标志着这一装置已跻身于世界先进行列,从而使我国进入国际核聚变研究领域的前沿地带。

我国核聚变研究的重要基地--中国科学院等离子体物理研究所,其HT-7超导托卡马克实验取得历史性突破,获得稳定可重复的准稳态等离子体,等离子体放电时间长达1071秒。这将把我国的核聚变研究全面推向国际前沿,有着重要意义。