核聚变离商用有多远？
2014-03-11 22:34:31   来源：青年时报   评论：0 点击：

纵深

为什么核聚变仍未变成“清洁能源”呢？核聚变发电的原理听上去不难，但实现起来却受到诸多现实因素的制约。主要的瓶颈有三个：燃料释放的能量要超出输入的能量、能量要能够持续输出、输出的能量要能够有效收集利用。

产出远不如输入

核聚变的实验都是耗资巨大的科研项目，基础设施和实验装置已经花了一大笔钱。而每次反应都要输入大量电能。一部分能量被输入燃料，用来引发反应，但更多的能量被仪器消耗了。

比如NIF用192台全世界最大功率的激光脉冲引发核聚变，每次实验大约需要消耗2百万焦耳的电能。但是核聚变的投入产出比是多少？这192个超大型激光器发射的激光脉冲进入金质反应室后，被转化成X射线，照射燃料使其发生内爆，由此实现点火。这个实验的难点，在于激光转化成X射线的过程中有能量损耗，而进入反应室的激光大部分被容器壁所吸收，最后燃料能得到的能量很少。

就以去年11月的NIF实验为例，燃料获得的能量只有12千焦，放出的能量是15千焦，净产出3千焦。也就是说，输入整个实验装置的能量，是产出的近七百倍。这里还没有考虑能量收集和转化过程中的损耗。

持续发电是个问题

核聚变与核裂变不同，核裂变属于链式反应，启动之后会自发持续进行，在核电站里还要用控制棒控制它的反应速度。福岛事故的原因就是链式反应失控产生高温，导致堆芯熔融。而核聚变需要的条件比较苛刻，基本上要太阳那种条件才能让它持续进行。

在实验条件下，首先，一次实验中燃料的量有限，烧完就没了；其次是实验条件的限制。发生反应的等离子体不稳定，比如托卡马克（另一种进行核聚变实验的装置）用环形磁场约束燃料，磁场的扰动有可能破坏等离子体。NIF用激光引发核聚变，激光以脉冲形式发射，每个激光脉冲只有几纳秒。

但换一个角度来看，反应条件苛刻也是核聚变的一个优点。地球上无法制造出恒星那样的环境，一旦设备发生故障，反应就无法持续进行。这样看来，核聚变更加安全。

产出能量暂不能有效收集

那核聚变放出的能量该如何收集利用？核聚变主要以光和热的形式释放能量，因此用汽轮机或者光伏电池发电都是有可能的。但是，核聚变需要在高温或强磁场等条件下进行，反应在瞬间释放大量的能量。能在这样的条件下工作的材料为数不多，还要考虑成本和使用寿命。

最终实现应用的聚变核电站会是什么样子呢？它可能像托卡马克，可能像NIF，也可能是另一些科学家提出的裂变聚变混合模式，也就是用裂变引发聚变。