太阳也能被人造?

作者: 蝌蚪君

目前,在世界能源领域中,占主导地位的依然是石油、天然气等化石燃料,它们不可再生,且对环境有严重的破坏作用。因此,现在越来越多的人把目光投向清洁能源(如光能、潮汐能、风能等)的研究、开发和利用上。然而,科学家还远不满足于此——他们想造太阳。

太阳结构

其实,地球上的所有能源,归根结底全部来自于距离地球最近的恒星——太阳。几十亿年来,太阳以其内部庞大的能量源,温暖着我们的地球,并直接催生了地球生命的诞生与发展。科学家很早之前就提出了一个大胆的计划,在地球上人工制造一个类似小型太阳的生产能量的装置,即“人造太阳”计划。

要制造太阳,首先必须弄清楚看似可以源源不断释放能量的太阳,其能量究竟来自哪里。

天体物理学家研究发现,太阳的核心部分,温度高达1500万摄氏度,压力高达2500亿个标准大气压。如此高温高压下,这一区域在不间断地发生着核聚变反应。

聚变反应过程中,两个轻原子核(如氘、氚)结合成为一个较重的原子核(如氦),并损失掉一部分质量。整个聚变反应过程会释放出巨大的能量。

科学家推测,太阳中心每秒钟核聚变释放的能量相当于92千万亿吨TNT当量,这意味着,太阳中心每秒钟有约4万亿颗“小男孩”原子弹爆炸。(“小男孩”——美国1945年于日本广岛上空投放的原子弹)

实际上,我们所熟知的核武器中的氢弹,利用的正是类似于太阳中心的核聚变反应。只不过氢弹是先通过类似原子弹的裂变反应,提供高温高压等极端条件,然后触发聚变反应。我们可以把氢弹看作是模仿了太阳聚变反应的最后一步,并在短时间内释放出具有破坏性的能量。

核裂变是原子弹的基本放能机制。不同于核裂变,氢弹中利用的核聚变反应与太阳(一切恒星)中心的能量产生机制相同,产物都是日常生活中常见的元素,不会产生放射性物质,不存在任何污染,且聚变反应能量产出远远大于裂变反应。此外,不同于裂变反应的原料为放射性物质铀,聚变反应原料为氢的同位素,它在大海中的存量十分丰富,而且获取也很容易。可以说,聚变反应能必将成为人类未来的主要能量来源。

核裂变反应原理示意图

核聚变反应原理示意图

可是,为什么到现在还没有一家核电站是利用聚变反应产生能量的呢?为什么一直没有看到“人造太阳”的出现呢?

这是因为触发聚变反应所需要的条件极为苛刻,想要在地球上人为制造出类似太阳中心所能达到的超高温高压,是一件非常困难的事情。而氢弹所利用裂变触发聚变的方式又太过武断、简单,只能瞬间释放能量,无法人为可控地长时间持续提供能量。总不能造个电站天天在里面炸氢弹吧?

虽然人造太阳这件事目前只是理论上可行,但科学家正在积极研究,由中国、美国、俄罗斯、欧盟、印度、日本、韩国所共同进行的ITER(国际热核聚变实验堆)计划就是其中的代表。希望在不久的将来,人类就能掌握可控核聚变技术,将理论变为现实。

(供稿/蝌蚪五线谱 插画绘制/三公主)