七大顛覆性技術(shù)破解能源危機(jī)

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1、 七大顛覆性技術(shù)破解能源危機(jī) 新反應(yīng)堆，以聚變觸發(fā)裂變，利用激光從核廢料中榨取 電能 自然界中，太陽的光和熱源自核聚變；氫彈的能量也來自核 聚變。物理學(xué)家和工程師數(shù)十年來也一直在努力研究如何通 過核聚變發(fā)電?，F(xiàn)在，研究人員能夠輕松制造出可控核聚變 反應(yīng)——只要讓氫原子核足夠猛烈地碰撞壓縮到一起，它們 就會融合，并釋放出中子和能量。然而，要讓核聚變用于發(fā) 電，就必須做到更高效，以使反應(yīng)所釋放的能量大于觸發(fā)反 應(yīng) ( 被稱為“點(diǎn)火” ) 所需的能量，這是科學(xué)界的一道難題。 因此，美國利

2、弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室國家點(diǎn)火裝置(National Ignition Facility) 的科學(xué)家設(shè)計(jì)出一套新方案：用核聚變來驅(qū)動裂變，利用原子分裂產(chǎn)生的能量來驅(qū)動傳統(tǒng)核反應(yīng) 堆。該實(shí)驗(yàn)室主任愛德華 · 摩西 (Edward Moses)聲稱， 利用這一機(jī)制運(yùn)作的實(shí)驗(yàn)性核電站有望在 20 年內(nèi)建成。 根據(jù)利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)想，要先在一個反應(yīng)室的內(nèi)壁上排 放一厚層鈾或其他核燃料，然后利用激光脈沖在反應(yīng)室內(nèi)觸 發(fā)核聚變爆炸，放射出的中子轟擊到內(nèi)壁上的核燃料后，會 使其中的原子分裂。這可以將反應(yīng)室的能量輸出提升 3 倍，

3、 甚至更多。 和平利用核聚變驅(qū)動裂變概念的提出，要追溯到上世紀(jì) 50 年代。當(dāng)時，蘇聯(lián)的氫彈之父安德烈 · 薩哈羅夫 第 1 頁 (Andrei Sakharov) 首次提出了這個設(shè)想。 既然大部分能量仍來自裂變，為什么不繼續(xù)使用傳統(tǒng)核電站，卻非要不厭其煩地研究由聚變來觸發(fā)呢？原因在于，裂變反應(yīng)堆要依賴于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，即裂變的原子釋放出的中子會觸發(fā)更多原子發(fā)生裂變。想要維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行，就必須用钚或濃縮鈾作為燃料，這兩種材料都能用于生產(chǎn)核武器。而聚變—裂變混合反應(yīng)堆是由聚變爆炸產(chǎn)生的中子觸發(fā)裂變反應(yīng)，不再

4、需要維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行。這樣的設(shè)計(jì)擴(kuò)大了核燃料的選擇范圍，可以使用的燃料包括未濃縮的鈾、貧化 鈾 ( 來源豐富，濃縮鈾使用后的廢料 ) ，甚至其他核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢料——否則，這些廢料必須得貯存數(shù)千年，或者需要進(jìn)行復(fù)雜和危險(xiǎn)的再處理后，重新作為裂變電站的燃料。 另一個原因是燃耗。對傳統(tǒng)核反應(yīng)堆而言，燃料使用到必須被更換之前，可裂變原子中僅有一小部分發(fā)生了裂變。摩西 介紹說， 而聚變—裂變反應(yīng)堆能消耗掉核燃料的 90%。因此， 它的燃料需求量或許只是普通裂變反應(yīng)堆的 1/20 。這種反應(yīng) 堆的使用壽命約為 50 年，其中最后十年被稱為“焚化”階段，

5、在這一階段里，輸出電能逐漸減少，即使如此，它也能 將約 2 500 千克的長半衰期核廢料消耗到只剩約 100 千克。 與此同時，研究人員也在進(jìn)行基于磁控核聚變的聚變—裂變設(shè)計(jì)，這是可控核聚變的另一種方式，利用超強(qiáng)磁場來約束聚變反應(yīng)。 2009 年，美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的科學(xué)家 第 2 頁 提出了一個帶有緊湊型磁控核聚變觸發(fā)裝置的混合反應(yīng)堆設(shè)計(jì)方案。中國的研究人員也正在評估關(guān)于優(yōu)化能量產(chǎn)生、傳統(tǒng)核反應(yīng)堆燃料生產(chǎn)，以及利用核廢料發(fā)電的設(shè)計(jì)方案。以任何形式利用核聚變產(chǎn)生能量，都是很超前的設(shè)想。即便是摩西的實(shí)驗(yàn)室于今年成功實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，這

6、種混合核電站的一些主要技術(shù)障礙依然存在。例如，微小的、精細(xì)加工制成的聚變靶丸要能以可接受的成本量產(chǎn)；還需要一系列未經(jīng)檢驗(yàn) 的新技術(shù)，來保證點(diǎn)火頻率達(dá)到每秒 10 次 ( 目前“國家點(diǎn)火 裝置”在一天內(nèi)命中靶丸的次數(shù)也沒幾次 ) 。 制造混合反應(yīng)堆，還需要一些在純聚變裝置中用不到的技術(shù)。具體來說，就是裂變?nèi)剂蠈?，其中的燃料要能?jīng)受得住比傳統(tǒng)核反應(yīng)堆中高得多的溫度，以及猛烈得多的中子轟擊。候選設(shè)計(jì)包括從固態(tài)的多層“卵石”狀核燃料，到液態(tài)的、含釷、鈾或钚的熔融鹽。 這無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)，但摩西已經(jīng)設(shè)想好了一條雄心勃勃的研發(fā)路線來實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)。雖然，他們實(shí)驗(yàn)室的首要任務(wù)還是必須證明激光核聚變能夠點(diǎn)火成功。 第 3 頁