人類的終極能源

在眾多未來預測、科幻小說以及電腦模擬游戲中，核聚變的利用往往被視為人類最重要的“終極”科技之一。理由顯而易見：它幾乎是人類能源問題一勞永逸的解決方案。

現在，人類正在向這一終極能源大步挺進。隨著歐盟、美國、中國、俄羅斯、日本、韓國和印度7方在巴黎正式簽署協議，啟動國際熱核聚變實驗反應堆計劃，我們的社會有可能在未來發生翻天覆地的變化。

聚變能是核能的一種。一個重原子核分裂成兩個較輕的原子核，同時釋放出能量，這叫做“裂變能”，典型的例子是原子彈。反過來，兩個輕原子核也可以聚合成一個較重的原子核并釋放能量，這才是“聚變能”，典型的例子是氫彈。

人類對于原子內部的認識始于上個世紀初，并且已經對核能進行了初步的利用。例如今天，核電廠為全世界提供約16％的電力。但是，這其中運用的都是裂變能，最常見的“燃料”是稱為“鈾”的重金屬。平時我們說起“核能”，一般指的就是“裂變能”。

由于各種原因，在民眾中對裂變能的利用存在著一利·恐懼和排斥的態度，最常見的指責是安全上的隱患以及產生的核廢料問題。雖然其實并沒有證據顯示核電廠比普通電廠造成了更多的危害(以平均每個發電單位來說，水電造成的事故死亡人數是核電的100倍，煤則是40倍，天然氣是10倍)，但這種反彈構成了一種政治壓力，使得許多歐洲國家放棄了裂變能的使用。而從未來資源的角度講，地球上鈾的儲量和煤炭、石油一樣，是相當有限的(“有用”的其實只是它的一種稀有同位素)，因此裂變能并不是解決能源問題的“百年大計”。

聚變能則完全不同，它既清潔又安全，完全不產生溫室氣體和難以處理的核廢料，從原理上講，也不可能造成類似切爾諾貝利的災難性事件。最關鍵的是，它的“燃料”幾乎取之不盡用之不竭，最基本的是氫的兩種同位素，稱為氘和氚，它們大量地存在于海水之中。而每一公升海水中能夠提取的“燃料”，大約相當于260公升汽油燃燒產生的能量總和。簡單的計算表明，按目前的需求量，單單地球的現有資源便至少可以滿足人類6 000萬年的需求。假如我們能換用另一種稍復雜的核反應方式，這個數字更可以提高到1 500億年，遠超宇宙的壽命!真可以說是千秋萬代了。

事實上，聚變能可以說是宇宙中最基本的能量來源之一。我們的太陽之所以燃燒了約50億年，靠的就是內部的核聚變反應。人類如能掌握聚變能，就等于掌握了太陽和恒星那幾乎永恒的能量。

不過，這樣的藍圖雖然誘人至極，但要實現它卻有著難以想象的困難。人類至今唯一人工取得的大規模聚變能是通過氫彈爆炸的方式，而要想使它能夠為我們所用，比如說發電，則必須設計出控制其穩定輸出的方法。兩個輕原子核并不會無緣無故就聚合在一起，而必須在極端的高溫和高壓下，氣體才會產生電離，進入所謂“等離子體”的狀態。如何容納這些極其高溫的等離子體是一個大難題，人們一般用螺旋管形的磁場來禁錮它，這種設計被稱為“托卡馬克”(tokamak)。在此基礎上，好幾個國家都展開了自己的可控核聚變研究試驗，其中包括我國的EAST，它是目前世界上最為先進的核聚變反應裝置之一。但是，人類要達到終極目標還有漫長的路要走。

如今的科學研究已經和100年前完全不同，科學技術發展到了如此復雜的地步，哪怕是大部分基礎研究也很難憑借個人的力量去獨立完成，而必須采用團隊合作的方式。偉大的科學工程與計劃在人類的發展史上曾寫下過不朽的篇章，曼哈頓計劃、阿波羅計劃等至今都為人津津樂道。但到了今天，一個項目往往需要耗費極大的人力、物力和財力，以至于憑借單獨一個國家的力量都難以完成，必須采取國際合作的方式。我們耳熟能詳的國際空間站計劃、人類基因組計劃、歐洲加速器計劃和伽利略計劃等都是其中的典型。在核聚變研究上，世界各國也不得不聯手攻關，國際熱核計劃(簡稱ITER，這個詞在拉丁語里同時有“道路”的意思)便應運而生了。

ITER只是人類在最終征服聚變能道路上的一小步，它主要是一個實驗性的計劃，希望能建成一個以穩定的功率輸出500秒以上的示范反應堆，并驗證一些關鍵技術的可行性，為將來發展進一步的聚變反應堆作鋪墊。盡管如此，完成它也至少要花30年的時間，耗費高達120億美元的資金——這是歷史上投資最為高昂的科學計劃之一，僅次于國際太空站和曼哈頓計劃。雖然代價巨大，但如果成功，未來的收益卻幾乎是無限的。

一些媒體在報道時說ITER又被稱為“人造太陽”計劃，但實際上ITER并沒有這個外號。如果有這個稱呼的話，那一般也是指我國的EAST。再說這個外號也毫不準確，除了會引起許多望文生義的誤解外，事實上，可控核聚變要比人造太陽難度大得多。除了要在高得多的溫度下運作外，它等于是要人工控制“太陽”產生的所有能量以供利用，并且必須壓縮在一個適當的空間內進行。

即便完成了ITER計劃，我們離完全掌握聚變能的時代也還差得遠。一般預計，完整意義上的核聚變發電站可能不會在2050年之前出現，而真正要投入到商業運營中，則更不知要到什么時候。甚至這到底是不是一個可行的方案，我們也還沒有100％的把握來最終斷定。有批評認為，不應當把如此巨大的資源投入到一個遙不可及的課題上去，而應該優先發展另外一些有立竿見影效果的可再生能源，如風能、太陽能等。

另有一些科學家聲稱，核聚變甚至可能在室溫的條件下發生。這引起了科學界極大的爭議，許多人認為這是虛假的，至今尚無定論。但如果這種情況真的可能發生，那我們無疑將在聚變技術領域內邁出飛躍性的一步，聚變能利用的實現之日將大大提前。

不管怎么樣，也許核聚變技術的最終成熟并不是我們這一代人所能親眼目睹的事情，但它無疑將對人類的未來產生極為重要的沖擊。一旦我們能夠擁有近乎無限的能源供應，整個社會生活將會發生怎樣的變化?這一定是一個非常有趣的話題。