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唐云江:核聚变的困惑


http://www.sina.com.cn 2004年06月11日 15:29 《科学世界》

  核聚变的困惑

  撰文/唐云江

  随着中国决定将要加入“国际热核聚变实验堆”(ITER)计划,核聚变发电以及ITER的话题逐渐多了起来。这是继“双星”计划和“伽利略”导航卫星计划之后,中国即将要加
入的第三个大型国际科技合作项目。与前两个项目相比,这个项目可谓工程巨大。只是建造一个实验堆,即所谓的托卡马克就需40多亿欧元,加之后续的运转费用,总计约要100亿欧元。中国如果加入的话,总共要出资约10亿欧元,这对我们这样的发展中国家来说,的确不是个小数目,因而在业内引起了不小的争论,偶尔也会见诸报端。

  ITER计划的前景并不十分明朗,它从1985年开始酝酿,至今,其他参与国家已经投入很多。对于我国来说,加入ITER虽然是一个较大的负担,但此时加入是一个机会,否则可能会与之失之交臂。ITER一旦成功,我们会得到共享技术的权利。权衡利弊之际,争论也就很自然了。

  我曾经问身边的一些朋友和同事:托卡马克为何物?得到的回答几乎都是摇头,知道ITER的人就更少了。实际上,从第一个托卡马克装置运行到现在,已经整整50年了,热核聚变研究也至少50多年了,而且,据说目前全世界已有30多个国家和地区在进行受控核聚变的研究,投入了大量人力和物力,已经建造了上百个实验装置,从事研究的科技人员约有1.2万多人,每年所用经费也已超过20亿美元。要说起来,核聚变的研究规模也够宏大的了,但公众(尤其我国公众)对此却知之甚少。究其原因,也许是核聚变研究少有振奋人心的成果或突破,让人无法兴奋起来。50多年了,投身于这个领域的科学家一直在默默无闻地埋头工作。

  ITER也可以说是被逼出来的产物。还没有一项技术研究像核聚变研究这样有如此广泛的国际合作,也没有一项技术像核聚变这样既给人希望又令人失望。从事这一行的人大概都知道,这一行里几乎无秘密可言。用他们的话来说就是,即使我告诉你该怎么做,你也做不出更好的结果。以至于不仅信息共享,就连一些设备和材料也可以共享。像中科院等离子体所的许多设备都是各国同行赠送的,如目前正在运行的HT-7就是苏联无偿赠送的,其他许多附属设备也是各国闲置不用而赠送的,反过来,我们做实验时各地同行都可参与。由此也可以看到核聚变研究的难度有多大。

  几经周折,ITER计划总算又继续进行了,因为它是人们的希望所在。但它只是一个实验堆,要解决若干目前还未解决的核聚变的技术难题。这一过程就要十几年的时间,之后还要建一个示范堆,不知还要花费多少年。最终建一个商业堆,才能说离应用不远了。这也可以说是一个漫长的过程,乐观地估计要30年,但科学家接受以前的经验,不敢过于乐观,较有把握地说要50年。

  有人给核聚变研究总结出一个规律,就是30年周期。从核聚变研究初始,人们就预言过,30年可以做到实用。结果第一个30年过去时,连等离子体还没有约束好,更不要说核聚变了。上个世纪70年代,人们改进了约束磁场的位形,结果又看到了希望,接着开始了新一轮的研究热潮,各国争相建造大型托卡马克。又有人预言30年可以成功,结果又到30年了,至今托卡马克仍是脉冲式运行,没有达到稳态运转。但给人带来希望的是,实现了氘-氚的核聚变,这又引出了下一个30年。

  尽管以前的预言一次次让人失望,但进步还是明显的,人们坚信最终会解决这个难题。究竟何时能够最终解决,人们还是没有把握。即便如人所愿,在可预见的未来解决了问题,其成本也是昂贵的。有人按ITER计划的要求核算,无论是30年还是50年实现商业核聚变发电,它每度电的成本是现有常规能源的四五倍,比直接利用太阳能可能还要高。但是我们不言放弃,面对能源危机,这总是人类寻找新型能源的一条出路。用科学家的话来说,“有总比没有强”。

  古希腊神话中,普罗米修斯为人类盗得天火而备受折磨。今天的科学家们也正在试图“盗取”天火,造个太阳,当然也要经历很多磨难。但我们相信,只要我们锲而不舍,总会找到一种更合理的方式来利用核聚变能源,造福人类。



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