神通激光

第一節 創造一個新太陽

　　激光技術的崛起和發展，像近代史上的蒸氣機、電機、原子能和電子計算機的產生和應用那樣，終將把人類社會的生產力推進到一個新的更高的水平，所蘊藏的潛力是巨大而不可估量的，它正等待著人們去挖掘，去開拓……

　　做飯、取暖要燒煤，汽車、飛機要用油，照明、家電和機器都需要電……煤、石油、天然氣等礦物燃料及各種發電手段（熱電、水電、核電）是人類生存和社會進步不可缺少的能源。

　　能源是發展農業、工業、國防、科學技術和提高人民生活水平的重要物質基礎。人們從18世紀就開始進行能源科學技術研究活動。而且取得了3次重大突破：蒸氣機動力的發明和普遍應用引起了產業革命；電力的發明和應用使人類生產進入電氣化時代；原子能的發明和應用標誌著社會生產開始進入“原子能時代”。能源科學技術的每一次重大突破，都引起人類社會生產技術的一次重大革命，把社會生產推進到一個嶄新的更高的水平。

　　現代生產和社會的發展，對能源的需要越來越大。為了解決能源問題，一是要開源，二是要節流。開源，就是在開發利用煤、石油、天然氣及水電等傳統能源的同時，重視開發利用風力、潮汐、太陽能、地熱能和原子能等新能源。節流，是指節省傳統能源的使用，提高使用效率。

　　原子能是最富魅力的新能源。鈾原子裂變現象的發現，揭開了原子能利用的新時代。自1957年英國建成第一個工業原子能反應堆以後，40多年來，世界上原子能發電技術發展很快，已經建成運營的各種類型原子能電站有數百座。

　　1991年12月15日淩晨，我國大陸第一座核電站——秦山核電站並網發電。這是我國自行設計、自行建造的30萬千瓦的核電站。這座核電站位於浙江省海鹽縣秦山北麓，每年可向上海、浙江、江蘇、安徽一帶的華東電網輸送電15億度，在一定程度上緩解我國這一經濟最發達地區的用電緊張狀況。秦山30萬千瓦核電站電機組采用了技術成熟的壓水型反應堆，目前世界上隻有少數幾個國家能夠自行設計、建造這種類型的核電站。這座核電站建成、並網發電成功，是我國和平利用原子能的一項重大成就。

　　秦山核電站是我國自主設計建設的第一座核電站，這座核電站建成投產，結束了中國大陸無核電的曆史；1994年，大亞灣中外合作建設的核電站建成投產；1996年開始，中國又自主設計建設了秦山二期核電站；與國外合作建設了嶺澳核電站、秦山三期核電站和田灣核電站。2003年，中國大陸核電的累計發電量438億千瓦時，占全國發電總量的2.29%。截至2004年7月，共有9台核電機組投入運行，總裝機容量701萬千瓦；建設中的江蘇田灣核電站2005年全部建成投入運行，屆時核電總裝機容量達913萬千瓦。

　　原子能的利用，可以分為兩類：一類是利用中子轟擊鈾原子核，使鈾核發裂成為兩塊，釋放出裂變能；另一類是使氫的兩種同位素氘和氚核聚合在一起，釋放出聚變能。核聚變反應釋放出的能量要比核裂變反應釋放出的能量大得多。

　　核裂變反應可以用於製造原子彈，也可以用於建造核電站。核裂變反應的主要燃料是經過精煉的鈾的同位素鈾235.1公斤鈾235所放出的能量大約相當於2000噸好煤。即放出能量要比煤大200萬倍。但是，鈾235在天然鈾中隻含有0.7%，而占99.3%的鈾238不能產生裂變反應，天然鈾資源的利用率太低，而且，天然鈾資源在地球上的儲量也很有限，因此，由核裂變來獲取能量（如用於發電）不是長遠之計，人類的希望寄托於核聚變獲取能量。

　　核聚變是太陽和其他恒星上正在發生的反應。核聚變反應的主要燃料是同位素氘和氚，這兩種原子核高速碰撞聚合成較重的氦原子核，並以產生高能粒子的形式釋放能量。氘和氚聚變反應時放出的能量，比普通物質碳原子燃燒放出的能量大百萬倍。核聚變的燃料氘可以從海水中提取，每升海水中含有0.03克氘。一升海水中的氘完全燃燒後產生的能量，相當於100～300升汽油燃燒所產生能量。地球上僅在海水中就有45萬億噸氘，取之不盡。至於說核聚變的燃料氚，可以利用儲量豐富的元素鋰在聚變堆中再生，隻要核聚變反應進行下去，氚就會再生出來，用之不竭。因此，如果把海水中的氘利用起來，能量夠人類使用億萬年，將永遠不用為能源問題發愁。把核聚變產生的能量轉換成熱能並用來發電，人類就能實現核聚變發電，從而獲取用不完的電力。正是這樣，核聚變給人們展示了一幅極其誘人的前景，半個多世紀以來，世界上許多科學家都為之奮鬥。

　　核聚變並不陌生：氫彈爆炸就是一種核聚變反應。但是，氫彈爆炸的巨大能量是在一瞬間釋放出來的。氫彈爆炸式的核聚變反應，簡直就是無羈的“核野馬”，一發而不可收拾。這種核聚變產生的能量是人力無法控製、無法應用的。那麽，怎樣才能能使“核野馬”馴服，使它在人控製下老老實實地工作呢？科學家們的目標是：實現受控核聚變。

　　受控核聚變是這樣一門學問：怎樣能夠控製核聚變反應，使核聚變在人的控製下持續地進行下去，把核聚變產生的能量慢慢地釋放出來，轉換成熱能、電能及其他形式的能量，造福於人類。

　　實現受控熱核聚變，必須具備如下必要條件：要把氘和氚加熱到幾千萬度、幾億度的超高溫，這時，燃料變成物質第四態——等離子體形態；要使等離子體粒子密度達到每立方厘米100萬億個；還要使等離子體控製約束1秒鍾以上。這就是核聚變“自發點火”的條件，隻要點著了“火”，然後每秒鍾補充約1克的燃料，熱核聚變反應就能夠持續下去。

　　那麽，用什麽來“點火”——怎樣才能滿足受控熱核聚變的條件呢？人們想到了強磁場、電子束、離子束等種種辦法，但最有希望的要數高功率激光了。

　　高功率激光技術是實現激光受控核聚變的關鍵，各國科學家都在這方麵傾注全力攻堅。下麵是我國“神光”實驗室的一個鏡頭：

　　“轟——”5聲“嘟嘟”發令聲過後，6個熒光屏上突閃一道強光，同時傳來這振奮人心的一聲巨響。兩束高功率激光同時打中含有氘氚的靶球，一瞬間產生千萬度以上的高溫，引起類似氫彈爆炸的核聚變反應，噴射出巨大的能量。這是被譽為“神光”裝置的一次成功試驗。

　　“神光”是怎麽發出如此奇功的呢？原來，它是一組龐大的高功率激光係統，由成百台光學設備集合成，占地達2000平方米。在這樣的係統中，激光經過10多級放大，瞬間輸出功率高達10億千瓦，比全國總發電功率還要大許多倍。這種強光束在十億分之一到百億分之一秒的極短時間內發射出來，經過光學係統的高度聚焦，打在直徑0.1毫米的燃料靶球上，使物質產生千萬度的高溫、千萬個大氣壓的衝擊波和反衝力，從而引起氫彈爆炸那樣的核聚變反應，釋放出比化學反應大百萬倍的能量。

　　“神光”實驗室座落在嘉定科學城的上海光學精密機械研究所院內，是我國光學高技術領域裏的重大科研實驗設施。我國高功率激光技術已躍居世界先進水平，在向激光受控核聚變這座科學攻堅的高峰攀登。

　　受控核聚變一旦實現，將首先用於建造新型的聚變類型的核電站。核聚變發電比核裂變發電安全得多：核聚變堆的放射性物質被固定在反應堆構造物間，不會逸入空氣或隨冷卻水滲漏出去；同時，這類放射性物質的“半衰期”很短，比起核裂變反應堆來，放射性物質的減少要快得多，不會大量產生汙染環境的放射性物質，而且，核聚變燃料在反應堆反應過程中，每秒鍾隻投入大約1克，如果有不測事故發生，可以不失時機地停止供給燃料，反應堆便會迅速關閉，不致發生災難性事件。

　　激光受控核聚變將是人類的既安全又清潔、取不盡用不完的新能源。它的實現，等於人類創造出一個新太陽！