未来动力：核聚变

【英国《焦点》月刊8月号文章】题：核聚变———未来的动力？（作者　罗伯特·马修）
在欧洲联合核聚变实验装置（JET）的秘密实验室里，科学家们距离利用恒星能源的目标变得前所未有地接近。
寻找清洁能源
50多年来，人类一直想设法利用核聚变。核聚变这种反应已使太阳和恒星发光达几十亿年之久。实现这个目标是至关重要的。由于担心全球变暖，很多国家开始为长期以来向人类提供能源的造成严重污染的化石燃料寻找代替品。但事实证明这非常困难。传统的核电站曾经被视作解决全球能源危机的灵丹妙药，现在它们的工作寿命就快结束了，由于担心放射性核废料难以处理和发生意外事故，政府对是否更新燃料让核电站继续运转十分谨慎。此外，人们还仍然怀疑，核能源可以再生的说法也许言过其实。
在这种情况下，核聚变似乎是完美的解决方法。它的基本原料是氢的同位素原子，海水几乎可以无限地提供这种原料。氢原子加热到足够高的温度就会分解，形成自由电子和原子核构成的“等离子体”。继续加热，原子核就会猛烈碰撞，导致核子聚合，释放出巨大能量：1千克核聚变燃料产生的能量相当于8000吨石油。
困难在于如何达到并保持核聚变所需的温度———大约1亿摄氏度或者更高。但在经历了数十年的挫折和失望之后，现在科学家们相信他们的目标最终可以实现。
引发关注的工作
是JET取得的突破增加了他们的信心。这个由欧洲投资的核聚变项目在牛津附近的卡勒姆进行。从20世纪70年代后期开始，从事JET研究的科学家一直设法在他们称之为Tokamak（俄语，意为“磁力瓶”）的装置里引发核聚变。在它的面包圈型真空管里，核原料的等离子体被磁场约束固定，科学家利用精确瞄准的无线电波和快速移动的粒子将它加热到1亿摄氏度。
1997年，JET　tokamak制造了16太瓦（1太瓦＝10的12次方瓦）功率的消息成了轰动全球的新闻，这足以满足一个城镇的用电。但有一个难题：维持聚变反应所需的能量几乎是它所产生能量的两倍。如果要使核聚变成为合算的能源，它产生的能源必须远远多于它的消耗。这需要一个可以制造出“燃烧的等离子体”的装置。
现在JET的科学家已经胸有成竹。他们得到了美国权威聚变专家的认可，后者准备加入由欧洲、俄罗斯、日本和加拿大科学家组成的队伍，建造世界上第一个燃烧的等离子体装置———国际热核试验反应堆（ITER）。
聚变的不确定性
无论就规模还是就成本而言，ITER都是一个大型项目：到2018年前后建成后，ITER会像10层楼那样高，耗资将达30亿英镑。这是任何可能把恒星能源引到地球的装置所必需的。但是在不久之前，人们甚至对ITER这样庞大的机器能否胜任这项工作也心存疑虑。1996年，美国撤出了早期的ITER建造计划（当时的设计规模是现在的两倍），声称这台装置永远不能达到目的。
等离子体在聚变所需的极高温度下的活动是人们产生疑虑的焦点。即使在高强度磁场的约束下，炽热的等离子体仍然会在装置内猛烈翻腾。伦敦皇家学院的高级聚变理论家史蒂夫·考利教授解释说：“这种湍流使热量很快从等离子体中逃逸出去。为了防止这种现象发生，聚变反应器必须很庞大，目的是为了延长热量散失所需的时间。”
这种疑虑导致了最初的预计耗资60亿英镑的ITER计划的破产，也使人们对聚变能源的追求蒙上了一层阴影。但现在这层阴影已经被理论和实践的双重突破驱散。通过卡勒姆的JET装置研究人员已经找到控制等离子体湍流的方法，他们巧妙利用磁场和无线电波，在等离子区内制造了捕获热量的区域。这使tokamak的性能有了极大的提高。JET科学家最近宣布，他们的装置现在能够达到3亿摄氏度以上（是核聚变反应所需温度的两倍多），而且能够使更大面积的等离子区达到聚变温度。
同时，理论家们开发出了有效的电脑模型，可以预测振荡中等离子体的活动。考利教授说：“现在，湍流的细小变化，包括热量捕获的效果，都可以模拟。”不仅如此，体积缩小的新一代JET中的热量捕获效果还可望提高。
健康的选择？
对可能出现的未知因素的担忧冲淡了聚变研究者新产生的乐观情绪，他们担心这些因素可能使ITER无法产生10倍于耗能量的能量。即使对ITER的科学研究真的成功了，聚变发电站———至少还要20年以后才能实现———从经济角度考虑是否可行也远未确定。
核聚变能源的拥护者声称，这种能源的废料问题比传统核能源要轻得多，他们指出，最近的研究表明它确实能够成为一种经济、健康的能源。
事实上没有人可以确定这一点，但聚变科学家们仍然认为，只有一种方法可以找出答案，那就是建造这种设备并进行试验。