浅谈核聚变能源

感谢翻译帖的投递如果有一种无碳形态的清洁能源可以一周无中断无穷反复地利用，风雨无阻，并且还没有化石燃料发电厂那末大，那末（世界）将会怎样呢？这是你有可能感兴趣的东西吗？下面我要讲的是聚变能的问题。仅仅简单地把聚变能源看做未来主要的能源好像是开玩笑，但它的真实前景是什么呢？对我来讲，这个话题并不是一种客观的猜想，我过去35年的职业生涯都在致力于研究这类复杂的能源。那末我们的进展如何，未来的目标又是什么呢？

浅谈核聚变能源让我们从最基本的谈起。聚变是一种能够给恒星和行星提供动力的核能形态，通过把轻质元素组合排序变成重元素的方法产生周期表中的元素。聚变的发现为人们解决了一个辣手的问题---光热的来源。在地理学家算出地球年龄以后，没有人知道何种机制可以让太阳保持这么久的热度。在太阳上，氢可以产生氮，并释放出一种巨大的能量---比氢用化学方法燃烧所产生能量的一万多倍。在地球上，我们使用氢的同位素氘作为能源。普通氢的原子核内只有一个袒露的质子，而氘的原子核与之相比多了一个中子。从10加仑水中提取出的氘大约重1/10盎司。它所提供的电量足够一个普通的美国消费者用15年，而水的储量则是非常大的。聚变反应的速度是非常缓慢的，只有燃料被加热到没法想象的高温状态时聚变反应才会产生。在那个阶段，作为燃料的原子内的电子都会从它们的原子核中被剥离出来，气体变成了一个等离子体，也就是物资的第四态。聚变能源在商业领域里最有前途的发展方向，是利用强大的磁场使这类炽热的等离子体与它附近的材料墙隔离开。利用这些技术，我们已取得了必要的等离子体密度和超过3亿度的高温。这个温度比太阳中心的还要高。迄今为止，实验已生产出了高于太阳核心温度的高温，并且他们生产出的核能已弥补了其所消耗的能源。而且，只靠简单的扩大范围就会收益净能产出。由包括美国在内的国际财团正在建设的ITER实验，其目的就是为了收益净能。聚变能源的优势要远远超越多种燃料。每个人对无碳资源的需求固然都是不言而喻的，而且在减少化石燃料使用的同时也免除许多污染物的危害，如采矿、精炼和运输所带来的污染。聚变能是如何成为像风能和太阳能这样的可替换能源的呢？聚变能源将在许多大型中心发电厂里提供电能，很轻易的取代其它能源通过燃烧所产生的能量。因此它可以在任何天气下都整日运行，免除对昂贵的能源存储系统或电网改造的需求。不同于所推荐的生物质能情势，聚变不会大量占用土地和水源----不会和农作物争取这些宝贵的资源。那末我们如今正在利用的核能资源—裂变能是什么模样的呢？裂变和聚变可以说很多优势上的一致。但是裂变带来了一些严重并且明显的危险，裂变能发电厂通过足够的浓缩铀来运行一两年。其高放射性的副产品积累起来，可以产生出一种极大的热量，而且这类热量是没法熄灭的。最近产生在福岛的灾害就是如此。当地震和海啸破坏了发电厂和所有用来运行冷却泵的电力资源时，反应堆芯融化并把放射性物资排放到空气中，这些放射性物资中的一部分具有化学挥发性和生物活性----它们能穿过环境局限在生物体内积累起来。与此相反，聚变反应堆在任何时间的燃烧都不会超过几秒钟------反应堆芯是没有办法融化的，组成聚变反应堆的金属装置随着时间的流逝会产生轻微的放射性，此时则需要进行隔离。但是大约在百年之后，这些材料可以循环再利用或埋起来----不需要进行永久性的废物处置。或许地球上的核裂变产业最使人恐惧的一个方面就是核扩散危机，反应堆燃料的铀浓缩技术与1枚炸弹制造技术在很大程度上是相同的（也由于如此，我们很关注伊朗核武器项目）。另外，反应堆生产出的钚元素中只有很小一部分能够用于制造核武器。相比之下，聚变的核扩散危机就很微小而且易于探测。聚变能源几近不会对公众的健康，财产或水源造成危害，一样也不会威逼到社会。聚变能是经济学家所谓的“外部本钱”中的大赢家。这里的本钱主要是指，由社会作为一个整体而负担的本钱，和不把生产成本作为其因素的本钱。那末，为何我们不靠聚变能源来管理我们的家园呢？这是由于它操作起来很难。在1970到2000年间，我们实现了一些戏剧性的突破和许多慢中求稳式的进展，聚变能是靠一万亿次脉冲聚变实验积累而产生的，其计算能力也在同时期仅靠一个因素就增加了大约一百多万倍。固然，半导体产业可以通过销售单个晶体管来获益，但是聚变能只有到了全面利用的程度时才能获益。在这1领域进行研究的科学家们认为，可以建造1座聚变反应堆来生产出更多的能量。但是最后，聚变能是不是可以具有本钱竞争力并且可以依赖，这仍然是一个有待解决的问题。那下一步该怎样走呢？掌握聚变能这一战略已人尽皆知，但是这得花费一些时间和金钱。ITER实验需要结题并投入实行，你将会看到有关本钱超支和没法如期完成任务这样的信息----这是由于跨国管理滞后且效力低下。如果一个国家斟酌自主研发，那末进度就会加快而且本钱也会有所下降。但是没有国家会这么做，我们不能不依托我们已获得的能源来生存。我们需要学习了解更多的关于热等离子体、它与材料表层的相互作用和聚变环境下结构材料方面的知识。聚变绝非轻而易举，但是我们需要斟酌其本钱----就单美国而言，其每一年为了开发能源的直接支出大约是1.5万亿美元，约占美国经济的10%，而我们用于聚变能的研究的费用则少于0.03%。通过公道水平的投资，未来的能量来源才真的有可能是未来的能源。翻译：花看半开校订：深水双鱼翻译贴：

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