终极能源聚变或成一场空梦：实验坎坷(2)

　　瓶中烈日

　　理论上，核聚变是最完美的能源。它建立在一个几乎人所共知的物理原理之上：能量等于质量乘以光速的平方。由于光速很大，所以该公式意味着只需要非常小的一点质量就能产生巨大的能量。

　　所有的核反应都基于上面这条宇宙基本法则，在常见的核电站中，比较重的铀原子核分裂成更轻的原子核，在此裂变(fission)过程中，铀原子核有很小一部分质量直接变成能量。聚变(fusion)过程基于同样的原理，但过程刚好与裂变相反，轻原子核比如氢核发生碰撞，产生氦核，而氦核的质量要略小于参与碰撞的氢核质量之和，消失的那部分质量就直接变成了能量。就单位质量而言，聚变燃料可以释放出三倍于铀裂变的能量，更重要的是，氢的贮量要远比铀丰富，而且聚变产生的氦废料没有辐射污染之虞。

　　“ 聚变让人着迷，”为ITER协调奔走多年的韩国科学家李秀景(Gyung-SuLee)说，“它就像中世纪的人们追寻的炼金术一般，它是能源研究的‘圣杯’。”李秀景是聚变能源的积极拥护者。1980年，他来到美国，成为芝加哥大学的一名研究生，专攻量子场论这一物理学中的硬骨头。但是美国改变了他的想法，“在美国，金钱就是一切，”他回忆道，而量子场论只能带来思想上的收获。于是，他开始寻找一个更实用的学习目标，最后选择了聚变，因为“聚变兼具科学和工程上的挑战性”。而且聚变美梦一旦成真，带来的影响也是巨大的，能量会唾手可得、轻贱如土，石油、天然气等化石能源将变得无关紧要，世界将为之转变。

　　像李秀景这样的科学家已经为聚变神魂颠倒了半个世纪。在他之前，已经有很多人都宣称黎明即将来临，其中有些的确是哗众取宠之辈，更多的人不过是犯了一个简单的错误。聚变桀骜难驯，自然一次次斩断了人类的梦想。

　　最主要的困难来自这个“聚”字，因为氢离子会相互排斥，所以科学家必须将它们紧压在一起，产生聚变。ITER的策略是在一个磁场囚笼中加热氢原子，它采用的磁场囚笼形式被称为托卡马克(tokamak)，外形就是一个面包圈形的金属环上缠绕着一匝匝线圈。这些线圈用来产生磁场，当由氢离子构成的带电等离子体被加热至数十亿度时，磁场负责将它们紧紧地约束在一起，因为这个温度能气化任何固体材料，只有用磁场来做容器。

　　在20世纪70年代，托卡马克的前途似乎一片光明，有些研究者甚至预言，到20世纪90年代就能建造出聚变核电站来。当时唯一的挑战就是，如何把研究型反应堆放大到实用尺寸，一般而言，托卡马克结构越大，其中的等离子体能达到的温度就越高，核聚变的效率也就越高。

　　然而问题渐起。等离子体内部能传导电流，受自激电流的影响，等离子体会变得弯拱扭曲，形成剧烈的乱流，这些乱流像鞭子一样抽打等离子体，将其甩出磁笼，冲击装置的外壁。于是，随着等离子体温度升高，必须要有更大的托卡马克来提供额外的空间，同时还要有更强的磁场来约束等离子体。这两者都需要增大线圈中的电流，而更大的电流意味着更高的能耗，结果很清楚：托卡马克越大越强，它就需要更多的能量来维持。

　　这种正反馈意味着，普通的托卡马克装置永远也无法输出净能量。对此，包括李秀景在内的研究者只知道一种招架方法：超导，即利用有些导体在很低温度下电阻消失因而没有电能损耗的特性。如果托卡马克的电磁铁使用超导材料，只需注入一次电流，它就会一劳永逸地运转下去。这样能耗虽然降低了，但花费却非常巨大，超导体是一种特殊、昂贵的材料，而且为了维持超导状态，必须用液氦一直冷却它们，使之处于非常接近绝对零度的状态。
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