可控核聚变技术是人类发展的一项重要科技成果,它对人类的意义不仅仅体现在能源获取方面,更重要的是它有望从根本上解决发展与环境之间的矛盾。
与现在常用的核电站所使用的可控核裂变技术不同,可控核聚变技术能够在自然环境下稳定反应,不会出现核泄漏的风险,因此被誉为绝对意义上的清洁能源。这种清洁能源可以取代化石燃料,从根本上解决大气污染物的排放问题,为温室效应等大气环境问题的解决提供了希望。此外,化石燃料属于不可再生能源,考虑到人类日益增长的能源需求,它们的耗尽只是时间问题。从环境保护和人类发展的角度来看,可控核聚变都具有极其重要的意义,有人甚至将它视为第一宇宙文明的实现标志。
当然,可控核聚变的实现并不容易。例如,如何利用磁场或惯性将参与反应的氚和氘稳定约束,避免高温等离子体与其他物质实质性接触的问题就是其中之一。另外,实现能源产出上的收支平衡以及参与反应的燃料如何获得,也是实现可控核聚变面临的挑战。
目前,普遍认为实现可控核聚变可能需要很长时间,甚至可能达到百年级别。然而,也有相对乐观的观点认为中国的人造太阳有望在2040年实现。如果这种预测成为现实,那将是对人类来说的一大利好。但是,一旦可控核聚变实现,就会面临新的问题,那就是是否能在地球上找到足够的燃料支持。
值得注意的是,可控核聚变可使用的燃料种类很多,包括氘氘聚变、氘氚聚变、氘氦聚变以及氦氦聚变等。不同的反应方式具有不同的难度。以氦氦聚变为例,它所需求的温度目前还很难实现。相比之下,氘氚聚变是最容易实现的一种方法,因此目前所有国家对可控核聚变的研究都围绕着这一方向展开。
现在我们回到最初的问题:地球上有足够的氘和氚来支持可控核聚变吗?关于氘的储量,地球上的海洋中存在大量的氘,根据研究数据,海洋中的氘含量大约在45万亿吨左右。因此,我们不必担心没有足够的氘来参与可控核聚变。而关于氚的储量,它确实相对较少,尤其指的是地球海洋中的氚储量。正值最近日本将核废水排入海洋的问题,大家对于氚又有了更多的关注。实际上,日本核废水中主要的放射性污染物就是氚。根据日本提供的数据,排放的核废水中氚的总含量只有不到3克。如果这个数据是真实的,那对环境的危害确实可以忽略不计。但对于氚含量是否真的如此微量,我们并不能确切得知。
由于氚的储量有限,我们需要了解它的来源和产生方式。氚是氢的同位素之一,但它是一种非常不稳定的同位素。与那些半衰期动辄千万年的放射性元素相比,氚的半衰期只有12.43年。简单来说,就是每过12.43年,就会有一半的氚发生衰变,转变为氦-3。由于半衰期如此短暂,氚无法通过时间累积,无论它是怎样产生的,都很难在时间的长河中越来越多。
关于地球上氚的产生方式,主要有两种:一是宇宙射线撞击氘核,二是核电站的裂变反应。然而,由于氚的产量极其有限,半衰期非常短暂,地球上的氚含量也很稀少。在地球表面,氚可以说是散落在各个角落,即使把散落在地球表面的氚都收集起来,可能也只有五六斤的样子。因此,我们无需担心可控核聚变会耗尽氚,因为在地球上,氚本身就几乎没有。
虽然地球表面的氚含量非常有限,但我们可以使用人工手段制造氚,并在核聚变过程中进行制造。在氘氚聚变的过程中,会产生中子。如果能够控制生成的中子,利用它们轰击锂-6,就可以获得氚。然而,要控制反应生成中子的运动方向仍然非常困难。如果未来能够找到解决方法,可控核聚变的研究将会迈向一个新的台阶。而锂-6这种元素在地球上的储量非常丰富,可以满足千年之内的需求,因此在可见的未来,燃料将不是实现可控核聚变的主要障碍。
在探讨可控核聚变的实现和燃料来源时,我们需要充分了解科学技术的进展和实际条件,并进行全面客观的分析。只有如此,我们才能更准确地评估可控核聚变对人类乃至整个地球社会的影响。