核聚變能的技術是怎樣開發出來的？

一說起核聚變，大家會認為那似乎是遙遠的未來才能用上的資源。實際上，太陽和其他恒星上時時刻刻都在進行著核聚變反應，太陽能本質上就是太陽的核聚變能中被太陽光送到地球上的那一部分。煤炭、石油、天然氣等化石能源本質上是古生物以特殊形式儲存起來的太陽能(也就是核聚變能);水力發電之所以能利用源源不絕地從高處向低處流的水能，歸根結底是太陽能把低處的水蒸發，以雨、雪的形式落在高處造成的;風力、波浪、海洋熱能等等也都是太陽能的轉化形式，所以，除了核聚變能是鈾等裂變物質固有的、地熱能是地球固有的、潮汐能主要是由太陽和月球的引力造成的以外，其他的能源幾乎都來自太陽的核聚變能。

自從1952年美國試驗成功第一顆氫彈(大陸第一顆氫彈於1967年試驗成功)以來，人類開始直接利用聚變能。氫彈爆炸是氘和氚的熱核聚變反應，它的巨大能量在一瞬間釋放出來，不可控制，只能當做炸彈作破壞之用而無法和平利用。只有受控核聚變才是人類取之不盡、用之不竭的既安全又清潔的能源，只有受控核聚變才能讓人類一勞永逸地徹底擺脫能源危機的困擾。

核聚變反應示意圖

受控核聚變消耗的是氘和氚。其中氘是天然存在的，每升海水中含有0.03克氘，地球的海洋里共含45萬億噸氘，所以氘是取之不盡、用之不竭的。氚可以用儲量豐富的鋰在反應堆中生成，氘—氚將作為第一代聚變反應堆燃料。氘—氘將作為第二代聚變反應堆燃料，它不用較麻煩的氚，只用氘就行了，但它的點火條件比氘—氚燃料還要高些，將來的受控核聚變反應堆會比現在的核裂變反應堆安全得多，因為核聚變反應堆不會產生大量強放射性物質，而且核聚變燃料用量極少，每秒鐘只須投入1克;停止投入燃料，核聚變反應堆就能迅速關閉，不致發生重大事故。

核聚變反應堆的真正問題不在於關閉，而在於它太難啟動了。要做到受控核聚變反應，必要的條件是:要把氘和氚加熱到幾億度的超高溫等離子體狀態，這種離子體粒子密度要達到每立方公分100萬億個，要使能量約束時間達到1秒鐘以上。這也就是核聚變反應點火條件，此後只須補充燃料(每秒鐘補充約1克)，核聚變反應就能繼續下去。

無論什麼樣的容器都經受不起這樣的超高溫，所以，受控核聚變的關鍵技術在於用磁場把高溫等離子體箍縮在真空容器中平緩地進行核聚變反應。但是高溫等離子體就像一匹烈馬，很難約束得住，被箍縮的高溫等離子體很難保持穩定，它應是均勻的柱狀，但它細的地方會變得很細，像香腸一樣，最後會這里斷開，有時會變得彎曲，像香蕉一樣，最終觸及器壁。人們研究得較多的是一種叫做托卡馬克的環形核聚變反應堆裝置，但它至今不能連續運轉。所以，托卡馬克有無前途，人們還在爭論。

另一種方法是慣性約束，即用強功率驅動器(雷射、電子或離子束)把燃料微粒高度壓縮加熱，做到一系列微型核爆炸，然後把產生的能量取出來。慣性約束不需要外磁場，系統比較簡單，但這種方法還有一系列技術難題有待解決。

受控核聚變試驗裝置

總之，未來的受控核聚變反應堆將是包括了複雜的供電系統、大型超真空系統、加料系統、大容量制冷系統、氚處理系統、遙控操作系統等系統的極複雜的高技術裝置，再進一步，將是聚變—裂變混合反應堆。它的中心是聚變反應堆芯，其周圍是天然鈾組成的包層，包層可以被轉換成裂變材料，起到燃料增殖作用，與裂變反應堆相匹配，大大提高鈾資源的利用率。當然，它的結構必定複雜得多，做到起來在技術和工程上難度非常大。