可控轻核聚变能否实现？

能源与经济建设密切相关，它是提高人民生活水平和进行现代化建设的重要物质基础。现代人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气、但是煤，石油和天然气的储量是有限的，可供人类使用的时间已经屈指可数了。因此能源危机决不是危言耸听，开发利用新能源已是迫在眉睫的任务了。

早在1925年，英国物理学家弗朗西斯·威廉·阿斯顿在用准确度达万分之一的质谱仪测量原子核质量时发现，任何原子核的质量要比组成该原子核的所有粒子的质量总和要少些，这种现象叫做“质量亏损”。研究表明重核的核子平均结合能比中等质量的核的核子平均结合能小。根据爱因斯坦质能关系，重核在分裂成中等质量的核时，将会有一部分结合能释放出来，这种核反应叫做重核裂变。理论计算其放出的能量是非常可观的。以铀为例，平均每个核子就可放出约1兆电子伏特的能量。如果1千克铀全部裂变的话，它放出的原子能就可以相当于2 500吨优质煤完全燃烧时所放出的化学能。所以在1945年制造出原子弹，不久的50年代，就出现了原子反应堆。重核裂变所释放出来的大量能量被用来发电，成为能源中的新秀。短短20～30年中，核电站相继建立，在世界发电量中所占的比重在直线上升。然而核裂变会产生强烈的放射性物质，对环境会造成放射性污染。1986年前苏联的切尔诺贝利核电站的泄漏使许多人为之而忧心忡忡。即便如此，核电站在世界能源中所占的比重并不会因此而下降。遗憾的是作为裂变材料的铀和钍在世界上的存量估计也只能用上几百年，因此能源前景不容乐观。

研究表明轻核的结合能更小。某些轻核结合成质量较大的核时，能放出更多的结合能，这种核反应叫做轻核聚变。如一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时能释放出17.6兆电子伏特的能量，平均每个核子放出的能量是裂变的好几倍，是化学燃料的几百万倍。不仅如此，轻核聚变产生对环境的污染要比裂变轻得多，处理也比较容易。而且，作为聚变燃料的氘的储量在地球上是异常丰富的。1升海水中约含有0.03克的氘，用来发生核反应可放出的热量可达10焦耳，和300升汽油相当。而地球表面海水的贮存量达到101吨，它所蕴藏的氘所能提供的能量可达到1028千瓦小时，按照目前世界能量的消耗率估计也可用几百亿年。这是一个多大的诱人数字呀！因此可以说，利用轻核聚变获取能源是人类寻找解决能源危机的最好办法。

可是一大堆理论问题和技术问题还摆在人们的面前。原来参与聚变的粒子是带正电的，要使它们靠得很近发生聚变反应，就必须把粒子加热到几百万度的高温，才能克服粒子相互间的库仑斥力，而在相互碰撞的过程中接近到可以发生聚变的程度。怎样才能达到这一高温呢？目前是利用原子弹爆炸时产生的高温来引起氢核聚变的。氢弹就是根据这一原理制造出来的。遗憾的是氢弹是一种不可控制的核爆炸，要使轻核聚变产生的巨大能量为人类所利用，就必须能人为地控制聚变反应才行。那么轻核聚变反应能否加以人为的控制呢？世界上许多国家的科学工作者都在积极地研究受控热核反应的理论与技术问题。我国自行设计和制造的最大受控核聚变实验装置“中国环流一号”已在四川省乐山地区建成，并于1984年9月顺利启动。它标志受控热核聚变的实验手段有了新的发展和提高。但是应该说它离实际的应用还有一个相当艰难的历程。

能否从太阳的辐射中得到一点启发呢？目前研究者公认太阳的能源就是来自于热核反应。近年来据美国天文学家门泽尔估计，太阳总体积的81.76%是氢，18.17%是氦，其它元素总共只占0.07%。因此太阳的聚变只可能是氢的聚变。太阳的中心温度大约可达到1千5百万摄氏度到2千万摄氏度，在这样高的温度下，原子的核外电子早巳“脱落”，赤裸的核可以挤得更紧，在太阳中心的高温之下，这些核具有足够的动能克服相互之间库仑斥力而达到可以发生聚变的程度。

德国天文学家魏扎克研究确定了太阳的寿命约为1千亿年。而地质学家和古生物学家的研究表明，地球及地球上的生物至少已有几亿年的历史了。这就是说在这漫长的岁月中，太阳内部的热核反应在始终不断地进行着。科学家又观察到太阳中心和表面的温度都未发生过什么明显的变化，也就是说太阳内部进行的热核反应是一种相当稳定的热核变化。这是什么原因呢？能否设想，当氢的密度达到相当高时，同时处于几百万到上千万摄氏度高温条件下，氢的聚变并不是在瞬间进行，而是以一定速率在进行呢？如果是这样的话，我们能否通过控制氢的密度来实现热核聚变的可控呢？如果不是这样，又可能是什么呢？但是不管如何，一旦如果我们能够弄清其中缘由的话，那就是，轻核聚变的可控成功也就是人类能源大解放时刻的到来。