太陽每分每秒都在發生着核聚變(Nuclear Fusion),在這一過程中,兩個質量較小的原子核通過融合而發生質量虧損,從而轉化為巨大的能量(根據愛因斯坦著名的質能轉換公式 E=mc2)。科學這把雙刃劍讓人類既可以實現氫彈爆炸這類不受控核聚變,也可以製造出仿星器(Stellarator)等可控核聚變裝置,以獲得我們亟需的新能源。
德國馬克斯·普朗克等離子體物理研究所(Max Planck Institute for Plasma Physics)於近日成功開啟了世界上最大的仿星器反應堆“Wendelstein 7-X”(簡稱“W7-X”),這個被稱為「人造太陽」的裝置將來或許能為人類帶來無窮盡的廉價清潔能源。
W7-X 項目共投資10億歐元。始於2005年的這一計劃經歷了一些波折,直到今年10月才宣告建成。12月10日,W7-X 通過對惰性氣體氦氣進行加温,製造出了氦等離子體(氣體持續受熱後,分子分解為原子並發生電離,形成由離子、電子和中性粒子組成的物質形態,稱為等離子體;詳見「端百科」),並持續了十分之一秒。
我們從惰性氣體氦氣開始製造等離子體,明年我們才會換成真正的研究對象——氫等離子體,因為將氦氣變成等離子體更為容易,我們還能用氦等離子體清潔容器表面。
實現對超高温等離子體的長時間約束是核聚變反應堆設計最重要的一環,因為這意味着可以控制核聚變的開始和停止。目前常用的托卡馬克裝置(Tokamak)以環形封閉磁場約束等離子體來實現受控核聚變;與之相比,W7-X 安全性更高,並且每次可連續約束超高温等離子體長達30分鐘,是前者的數倍。
核聚變已成為解決全球能源問題的主要選擇之一,它比目前核電站普遍使用的核裂變(Nuclear Fission)技術產生的核廢料更少,放射性也會在短期內消失。從原料上來看,以氫的同位素氘和氚進行的核聚變反應,其原料可直接取自海水,幾乎可以説是「無窮無盡」。
不過,人類要想有效利用這種能量,必須能合理控制核聚變反應的速度和規模。此外,觸發其反應必須消耗巨大的能量(加熱至1億攝氏度),因此如何讓這種能源生產方式真正地產生效益,也是科學家們最亟需解決的問題之一。