探秘美國國家實驗室：核聚變能源觸手可及？

探秘美國國家實驗室：核聚變能源觸手可及？

　　誰先掌握清潔能源技術，誰就將統治綠色能源市場。

　　忘了核電站、煤炭、石油、風能和太陽能吧，請聚焦核聚變能源。為了這種真正的零碳排放能源，科學家們已經屢敗屢試了許多年。

　　美國《新聞周刊》日前報道，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的科學家們說，他們已經破解了核聚變能源的難題，如果一切順利，到2012年，核聚變能源發電將成為現實。

　　一個顛覆性技術？還是一場高科技幻象？讓我們拭目以待。

　　真正的太陽能發電

　　從外麵看，它不像是勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室內(離舊金山東約一個小時的車程)的一棟不起眼的10層高的建築。然而，在10月某一個陽光燦爛的日子走在停車場上時，我不禁思索，也許有一天我會告訴我的孫子，我曾來過這個實驗室，並會見了愛德華·摩西，看到了這項將會改變世界的技術。

　　也許這說明我是樂觀主義者，甚至是笨蛋或傻子。我所知道的是，當我見到摩西這個60高齡的科學家，他給我看了一個小顆粒，跟我每天早上吃的維生素丸差不多大小，並信誓旦旦地表示，它將能源源不斷地提供安全而又清潔的能源時，我願意相信他。這似乎無比簡單，而又完全可行。摩西拿著的那顆粒隻是個模型，實物將包含幾毫克的氘和氚，一種可以從水中提取的氫的同位素。如果用超強的激光球燃爆這個顆粒，你可以創造出類似發生在太陽中心位置的反應。駕馭這種反應，就相當於你在地球上創造了一個行星，利用這個行星的熱能，你可以產生電能而不會造成任何汙染。忘了核電站、煤炭、石油、風能和太陽能吧。“這才是真正的太陽能發電。”摩西說。

　　摩西所說的正是控製核聚變(融合內核)，而不是普通核裂變發電廠常見的裂變。在裂變反應中，一個鈾原子核分裂成兩個較小的原子，其能量轉化成熱能釋放出去。這些熱能用來產生蒸汽，以驅動渦輪機和發電。而在聚變反應的第二步(熱生蒸汽，蒸汽發電)，聚變能量保持不變。你要設法使得氘核和氚核合並、融合，而不是分裂原子核。一旦這種情況發生，你就製造了氦氣並伴隨著巨大的能量釋放。

　　科學家一直試圖生產出可用幾十年的核聚變能源。到目前為止，他們屢試屢敗。這並不是因為聚變本身不可實現。每個氫彈爆炸都會發生聚變。關鍵是如何控製聚變過程以得到一係列微小的、可控的爆裂，而不是一次性的爆破。天意弄人的是，聚變能源離我們隻有40年之遙，而且似乎是永遠的40年。

　　然而，摩西相信，他的實驗室(被稱為國家點火設施，或簡稱N IF)已經破解了這個難題。聚變麵臨的最大問題是缺乏能量。即使是世界上最大的激光也無法產生足夠的能量來同時粉碎所有原子核，並使之穩定。但是，我們所在的建築如此之大(涵蓋麵積相當於3個足球場)是因為它包含一個巨大的激光，更確切點說，是一個結合了192個相同激光，並把它們擠壓在一個直徑30英尺的圓形密室裏(小顆粒燃料在此等待爆破)的係統。建設曆時10年，在今年年初才得以建成的國家點火設備的激光，產生的能量是其他任何一種激光的60倍。目前這個係統仍在測試之中。不過，明年摩西和他的科學團隊將用氘氚燃料將其點燃，摩西有信心能實現“點火”，這意味著在這受控的燃燒中，你所得到的能量比所投入的多很多。

　　　35億美元製造奇跡還是幻象？

　　摩西，這個獲獎無數而又幽默詼諧的激光科學家，在帶我參觀國家點火設備時，給我解釋了整件事。這是一個巨大的、美麗的、令人折服的機器，其複雜性令人吃驚，有著數公裏的金屬管道———以一點小小的脈衝激光來啟動，光線通過之時可以被增強強度，並借用特殊的褐色水晶、成千上萬的透鏡以及鏡子來投射光束的機器來傳輸光，最終把這些光束聚集到一個微乎其微的目標上，而這一切都在彈指之間完成。

　　但其他科學家警告我說，所有這一切都隻是高科技的幻象。他們說，摩西就隻想著非核燃料，他和他的同事告訴我的所有事情，我都不能相信。“他們是江湖郎中”，自然資源保護委員會的高級科學家科克倫說。該委員會從國家點火設備項目一開始實施(1997)就跟蹤它的進程。科克倫說，國家點火設備的激光還不夠強。即使它夠強，他說，“這些機器都隻會是太大，太昂貴，永遠不會有競爭力。”其他一些批評者，如物理學博士伯德納，華盛頓海軍研究實驗室的核聚變研究主管(1999年退休)，說摩西的團隊淡化了其無法將國家點火設備的激光集中在一個很小目標上的技術問題。

　　摩西說，國家點火設備已經展示了其聚集於目標物的能力。他很清楚人們的懷疑，但是他相信自己這支擁有500名科學家和工程師的團隊一定會成功。他的老板，勞倫斯·利弗莫爾實驗室的負責人物理學博士喬治·米勒，清楚地意識到摩西必須克服的難題。“沒有哪樣事情的成功是可以預先就保證好的。”他說。但是他促成了他們的嚐試。“你必須先建立國家點火設備，才知道這到底可不可行。”

　　他講的當然在理，大的技術突破總需要冒大的風險。直到它們成功以前，它們似乎總是看似昂貴無比而且毫無希望。人類基因組測序也曾似乎是不可能完成的任務，但政府撥款30億美元，加上私營公司投資，數以千計的來自世界各地的研究人員花了13年最終將其實現。像基因組計劃一樣，核聚變能源，也要有一個長期持續的努力過程。這不像是製造iPod，或者Facebook新應用程序的下一個版本。這些從事對物質微粒的操作的科學家工作在人類知識的極其邊緣地帶。

　　核聚變能源將是最綠色的能源。但是，國家點火設施的目標並未止步於此，其它目標還包括幫助科學家們獲得宇宙本身更深刻的理解，例如，他們將能夠研究恒星內部的情況。

　　鑒於這一切，即使國家點火設施失敗了———35億美元的投資打了水漂，在我看來，這仍是值得我們去冒的風險。國家點火設施仍需在激光設計、光學及材料科學上一步步突破。他們大大促進激光科學的現有發展狀態。然後，為了可以再次嚐試，他們將尋求資金以建造更強大的激光。

　　　電力公司開始膜拜勞倫斯·利弗莫爾

　　可如果摩西對了，國家點火設施成功了，那麽，國家點火設施的科學家們必將被載入史冊。這就是日本、法國、英國和中國的實驗室也都在做核聚變能源的原因。對自己正在做的工作，摩西真的似乎沒有任何自疑。沒錯，麵前大的技術挑戰很多，但一個接一個的，他們將這些挑戰各個擊破。他說：“如果有人叫我去建一個商業型核聚變能源工廠，並告訴我說，‘你隻有10年的時間’，我一定會接受。”他和一位同事已經給自己目前在建的產品打造了一個品牌，他們稱之為激光慣性聚變能，或“L IF E”(激光慣性聚變能的英文縮寫，該詞在英文中又是“生命”的意思———譯者注)，這至少表明，科學家也多少懂一點市場營銷。

　　摩西認為，到2020年，公用事業公司就將可以建造稱為“LIFE發動機”的電廠。到2030年，他說，真正的核聚變能源電廠或許就能開始運行，到2050年，它們可能會普及。而到2100年，全美可望有多達1000個核聚變反應堆在運行，如果公用事業對這項技術繼續投資的話。

　　如果摩西是正確的，這可能將是本世紀最大的技術突破。LIFE將從既便宜又豐富的生產資源中產生零碳排放的能源。支持者們常喜歡用的一個比較是：核聚變可以讓10加侖的水產生出一艘石油油輪的能量。這就意味著：全球變暖的解決方案，減少對外國石油的依賴，不再需要進行鈾濃縮去製造鈾核裂變，因此也將不再有濃縮鈾去製造核武器。

　　核聚變能源將是一個像互聯網一樣的顛覆性技術，觸及經濟的每一個部分。如果美國可以第一個商業化核聚變能源，我們將統治綠色能源市場，並能創造出支持半個世紀的就業機會，因為我們將需要不斷的建造核聚變能源工廠以向世界其他地區銷售。而如果別人獲得先機，那就將是我們向他們購買了。核聚變能源還是對一個日趨浮現的危機的一個潛在解決辦法。世界人口每年約增長1000萬。與我們相比，現在中國和印度的人均能源使用較少，但由於發展中國家的工業化，對電力的需求將會激增，再加上交通也將越來越多地由電力驅動，電力將成為一個源源不絕的需求。據世界資源研究所稱，到2030年，全球發電將在2006年的水平上增長近80%。

　　電力公司已開始膜拜勞倫斯·利弗莫爾。“公用事業公司正在考慮未來，對於如何生產無碳能源，他們手足無措。現在，可再生能源技術非常困難而且昂貴，”摩西說。好消息是，在今年3月，當摩西和他的團隊發射了大型的激光束，它們產生的能量比以往任何時候、任何人所產生的都多，超過了1兆焦，摩西說，“就像打破極限紀錄一樣。”

　　國家點火設施每天隻發射幾次激光，科學家爆破的膠囊隻含有一丁點的氘，不含氚。這樣做是為了測試係統並使其功能慢慢上升。先易後難。在幾個月內，國家點火設施會開始使用一個更有效的燃料艙，這次，它含一點點氚，卻不含氘。在2010年秋天，小組的目標是啟動爆破同時含有足量氘、氚燃料的膠囊，它們將產生出約為1.4兆焦的激光能量。

　　如果一切順利，到2012年，國家點火設施將生產出摩西所說的“可重複的、穩定的平台”。這意味著公用事業公司將可能建立核聚變的原型反應堆。摩西分發的關於商業LIFE引擎發電廠的雄心勃勃的時間表，以及充滿藝術性的文字，聽起來仿佛是從卡通片《宇宙家族》中來的一樣。

　　對於有人批評國家點火設施是個無底洞，不論你投入多少錢，它也不可能成功，摩西聳聳肩說：“人們處在一個‘被拘留的’發展狀態之中，在一個地方停滯不前。他們說我們幹不成，因為這在20世紀60年代就曾失敗了。這好像是說，我們做不出手機，因為我們無法在60年代做手機似的。”

　　當然，核聚變能源的工作將比做手機要稍微難些。但是，如果摩西和他的團隊成功，將有利於我們地球上的每一個人。即使國家點火設施失敗，這樣一個目標仍值得我們去追求。