在美國勞倫斯-利弗莫爾實驗室的國家點火設施中,科學家們正在試驗用激光束來誘發聚變。
NIF長215米,寬120米,大約同古羅馬圓形競技場一樣大,位於美國加利福尼亞州勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室。
NIF將192條激光束集中於一個花生米大小的、裝有重氫燃料的目標上。每束激光發射出持續大約十億分之三秒、蘊涵180萬焦耳能量的脈衝紫外光——這些能量是美國所有電站產生的電能的500倍還多。當這些脈衝撞擊到目標反應室上,它們將產生X光。這些X光會集中於位於反應室中心裝滿重氫燃料的一個塑料封殼上。NIF研究小組估計,X光將把燃料加熱到一億度,並施加足夠的壓力使重氫核生聚變反應。釋放的能量將是輸入能量的15倍還多。但是,人們希望NIF做更多工作。它的激光還能夠模擬中子星、行星內核、超新星和核武器中存在的巨大壓力、灼熱高溫和龐大磁場。加利福尼亞州將成為物理學家檢驗他們有關宇宙中最極端情況的理論的地方。
利弗莫爾有850名科學家和工程師。另外大約有100名物理學家在那裏設計實驗。192束激光中有4束已經工作了24個月,並已經發射出世界上最強的激光。NIF的工程自1994年開工以來延期了很多次,但它最終的目標是2010年實現聚變反應,並達到平衡點。
中國的激光熱核“點火”——“神光”計劃在不斷的研究探索中。中國科學院和中國工程物理研究院從20世紀80年代開始聯合攻關,承擔了“神光”係列激光係統的研製和慣性約束核聚變物理實驗,取得了舉世矚目的成就。
慣性約束涉及很多等離子體動力學問題,如激波加熱問題。在爆聚過程中,對激光束的輸出功率進行調製,使等離子體產生一係列激波,並在所要求的時間內同時收縮到中心,則可使密度增大1000倍,理論上要達到這種效果,大約需要7個激波。另外由於爆聚過程相當於輕流體驅動重流體作加速運動,會產生不穩定性。其後果不僅使爆聚失去對稱性,影響壓縮比,而且會產生強烈混合,降低燃燒率。這是實現激光核聚變的主要障礙之一。
五、核能發電的曆程
核能發電千難萬險
核能發電的曆史與動力堆的發展曆史密切相關。動力堆的發展,最初出於軍事需要。1954年,蘇聯建成世界上第一座裝機容量為5兆瓦的核電站——奧布寧斯克核電站。
接著,英、美等國相繼建成各種類型的核電站。到1960年,有5個國家建成20座核電站,裝機容量1279兆瓦。由於核濃縮技術的發展,到1966年,核能發電成本已低於火力發電。核能發電邁入實用階段。
1978年,全世界22個國家和地區正在運行的30兆瓦以上的核電站反應堆達200多座,總裝機容量107776兆瓦。80年代,因化石能源短缺日益突出,核能發電的進展更快。到1991年,全世界近30個國家和地區建成的核電機組為423套,總容量為3.275億千瓦,其發電量占全世界總發電量的約16%。
中國內地核電起步較晚,上世紀80年代才動工興建核電站。中國自行設計建造的30萬千瓦秦山核電站於1991年底投入運行。大亞灣核電站於1987年開工,1994年全部並網發電。新世紀開始,我國陸續建設了一批核電站,但總量隻是發達國家一個零頭。
中國核電急起猛追
近兩年來,由於國民經濟持續快速增長,電力包括煤炭、石油等能源開始出現十幾年前中國經濟起飛時期的瓶頸製約征兆。隨著中國經濟的增長,作為主要動力的電力,預計到2020年裝機總量將達到8億~9億千瓦左右,如全部用煤,必須新增12億噸以上,目前中國每年煤炭發電排放的二氧化硫已達810萬噸,由此將給資源、采掘、運輸及環境帶來難以承受之重。
在這種情況下,中國迫切需要尋找一種經濟、高效的新能源。而風電、太陽能發電、潮汐發電等各類新能源,至今尚未解決大規模生產電力及經濟性問題。目前,能大規模生產電力的方式唯有核電。因此,加快發展核電,成為解決中國電力供應問題的必然選擇。