神通激光

第一节 创造一个新太阳

　　激光技术的崛起和发展，像近代史上的蒸气机、电机、原子能和电子计算机的产生和应用那样，终将把人类社会的生产力推进到一个新的更高的水平，所蕴藏的潜力是巨大而不可估量的，它正等待着人们去挖掘，去开拓……

　　做饭、取暖要烧煤，汽车、飞机要用油，照明、家电和机器都需要电……煤、石油、天然气等矿物燃料及各种发电手段（热电、水电、核电）是人类生存和社会进步不可缺少的能源。

　　能源是发展农业、工业、国防、科学技术和提高人民生活水平的重要物质基础。人们从18世纪就开始进行能源科学技术研究活动。而且取得了3次重大突破：蒸气机动力的发明和普遍应用引起了产业革命；电力的发明和应用使人类生产进入电气化时代；原子能的发明和应用标志着社会生产开始进入“原子能时代”。能源科学技术的每一次重大突破，都引起人类社会生产技术的一次重大革命，把社会生产推进到一个崭新的更高的水平。

　　现代生产和社会的发展，对能源的需要越来越大。为了解决能源问题，一是要开源，二是要节流。开源，就是在开发利用煤、石油、天然气及水电等传统能源的同时，重视开发利用风力、潮汐、太阳能、地热能和原子能等新能源。节流，是指节省传统能源的使用，提高使用效率。

　　原子能是最富魅力的新能源。铀原子裂变现象的发现，揭开了原子能利用的新时代。自1957年英国建成第一个工业原子能反应堆以后，40多年来，世界上原子能发电技术发展很快，已经建成运营的各种类型原子能电站有数百座。

　　1991年12月15日凌晨，我国大陆第一座核电站——秦山核电站并网发电。这是我国自行设计、自行建造的30万千瓦的核电站。这座核电站位于浙江省海盐县秦山北麓，每年可向上海、浙江、江苏、安徽一带的华东电网输送电15亿度，在一定程度上缓解我国这一经济最发达地区的用电紧张状况。秦山30万千瓦核电站电机组采用了技术成熟的压水型反应堆，目前世界上只有少数几个国家能够自行设计、建造这种类型的核电站。这座核电站建成、并网发电成功，是我国和平利用原子能的一项重大成就。

　　秦山核电站是我国自主设计建设的第一座核电站，这座核电站建成投产，结束了中国大陆无核电的历史；1994年，大亚湾中外合作建设的核电站建成投产；1996年开始，中国又自主设计建设了秦山二期核电站；与国外合作建设了岭澳核电站、秦山三期核电站和田湾核电站。2003年，中国大陆核电的累计发电量438亿千瓦时，占全国发电总量的2.29%。截至2004年7月，共有9台核电机组投入运行，总装机容量701万千瓦；建设中的江苏田湾核电站2005年全部建成投入运行，届时核电总装机容量达913万千瓦。

　　原子能的利用，可以分为两类：一类是利用中子轰击铀原子核，使铀核发裂成为两块，释放出裂变能；另一类是使氢的两种同位素氘和氚核聚合在一起，释放出聚变能。核聚变反应释放出的能量要比核裂变反应释放出的能量大得多。

　　核裂变反应可以用于制造原子弹，也可以用于建造核电站。核裂变反应的主要燃料是经过精炼的铀的同位素铀235.1公斤铀235所放出的能量大约相当于2000吨好煤。即放出能量要比煤大200万倍。但是，铀235在天然铀中只含有0.7%，而占99.3%的铀238不能产生裂变反应，天然铀资源的利用率太低，而且，天然铀资源在地球上的储量也很有限，因此，由核裂变来获取能量（如用于发电）不是长远之计，人类的希望寄托于核聚变获取能量。

　　核聚变是太阳和其他恒星上正在发生的反应。核聚变反应的主要燃料是同位素氘和氚，这两种原子核高速碰撞聚合成较重的氦原子核，并以产生高能粒子的形式释放能量。氘和氚聚变反应时放出的能量，比普通物质碳原子燃烧放出的能量大百万倍。核聚变的燃料氘可以从海水中提取，每升海水中含有0.03克氘。一升海水中的氘完全燃烧后产生的能量，相当于100～300升汽油燃烧所产生能量。地球上仅在海水中就有45万亿吨氘，取之不尽。至于说核聚变的燃料氚，可以利用储量丰富的元素锂在聚变堆中再生，只要核聚变反应进行下去，氚就会再生出来，用之不竭。因此，如果把海水中的氘利用起来，能量够人类使用亿万年，将永远不用为能源问题发愁。把核聚变产生的能量转换成热能并用来发电，人类就能实现核聚变发电，从而获取用不完的电力。正是这样，核聚变给人们展示了一幅极其诱人的前景，半个多世纪以来，世界上许多科学家都为之奋斗。

　　核聚变并不陌生：氢弹爆炸就是一种核聚变反应。但是，氢弹爆炸的巨大能量是在一瞬间释放出来的。氢弹爆炸式的核聚变反应，简直就是无羁的“核野马”，一发而不可收拾。这种核聚变产生的能量是人力无法控制、无法应用的。那么，怎样才能能使“核野马”驯服，使它在人控制下老老实实地工作呢？科学家们的目标是：实现受控核聚变。

　　受控核聚变是这样一门学问：怎样能够控制核聚变反应，使核聚变在人的控制下持续地进行下去，把核聚变产生的能量慢慢地释放出来，转换成热能、电能及其他形式的能量，造福于人类。

　　实现受控热核聚变，必须具备如下必要条件：要把氘和氚加热到几千万度、几亿度的超高温，这时，燃料变成物质第四态——等离子体形态；要使等离子体粒子密度达到每立方厘米100万亿个；还要使等离子体控制约束1秒钟以上。这就是核聚变“自发点火”的条件，只要点着了“火”，然后每秒钟补充约1克的燃料，热核聚变反应就能够持续下去。

　　那么，用什么来“点火”——怎样才能满足受控热核聚变的条件呢？人们想到了强磁场、电子束、离子束等种种办法，但最有希望的要数高功率激光了。

　　高功率激光技术是实现激光受控核聚变的关键，各国科学家都在这方面倾注全力攻坚。下面是我国“神光”实验室的一个镜头：

　　“轰——”5声“嘟嘟”发令声过后，6个荧光屏上突闪一道强光，同时传来这振奋人心的一声巨响。两束高功率激光同时打中含有氘氚的靶球，一瞬间产生千万度以上的高温，引起类似氢弹爆炸的核聚变反应，喷射出巨大的能量。这是被誉为“神光”装置的一次成功试验。

　　“神光”是怎么发出如此奇功的呢？原来，它是一组庞大的高功率激光系统，由成百台光学设备集合成，占地达2000平方米。在这样的系统中，激光经过10多级放大，瞬间输出功率高达10亿千瓦，比全国总发电功率还要大许多倍。这种强光束在十亿分之一到百亿分之一秒的极短时间内发射出来，经过光学系统的高度聚焦，打在直径0.1毫米的燃料靶球上，使物质产生千万度的高温、千万个大气压的冲击波和反冲力，从而引起氢弹爆炸那样的核聚变反应，释放出比化学反应大百万倍的能量。

　　“神光”实验室座落在嘉定科学城的上海光学精密机械研究所院内，是我国光学高技术领域里的重大科研实验设施。我国高功率激光技术已跃居世界先进水平，在向激光受控核聚变这座科学攻坚的高峰攀登。

　　受控核聚变一旦实现，将首先用于建造新型的聚变类型的核电站。核聚变发电比核裂变发电安全得多：核聚变堆的放射性物质被固定在反应堆构造物间，不会逸入空气或随冷却水渗漏出去；同时，这类放射性物质的“半衰期”很短，比起核裂变反应堆来，放射性物质的减少要快得多，不会大量产生污染环境的放射性物质，而且，核聚变燃料在反应堆反应过程中，每秒钟只投入大约1克，如果有不测事故发生，可以不失时机地停止供给燃料，反应堆便会迅速关闭，不致发生灾难性事件。

　　激光受控核聚变将是人类的既安全又清洁、取不尽用不完的新能源。它的实现，等于人类创造出一个新太阳！