與傳統(tǒng)能源枯竭賽跑 預(yù)計最遲2050年完工
多少年來,地球上的萬物一直依靠太陽的能量繁衍生息:太陽使植物生長；動物吃植物；植物和動物脂肪埋在地下，又變成煤炭和石油；煤炭和石油是我們常用的能源……21世紀(jì)中葉，“人造能源”將徹底解決困擾人類的能源危機(jī)問題。
這是記者近日從南郵信息材料與納米技術(shù)研究院一次學(xué)術(shù)會議上聽聞的，發(fā)表者為中國工程院院士、南郵名譽(yù)教授范滇元。他的觀點理論基礎(chǔ)是什么？“人造能源”是怎么制造出來的？目前進(jìn)展如何，據(jù)此，會后記者專訪了他。
傳統(tǒng)能源即將枯竭
范滇元透露，“人造能源”預(yù)計要到2050年才能成為現(xiàn)實，美國目前制造的一套生產(chǎn)“人造能源”的實驗儀器造價達(dá)40億美元。各國競相投入這項研究，中國“神光”項目便是攻克這一難點的跨世紀(jì)巨型激光工程，他便是“神光III”項目的總工程師，從上世紀(jì)70年代至今，他幾乎每天都要工作10幾個小時，晚上12點以后睡覺，為節(jié)約時間，甚至經(jīng)常食宿在實驗基地上。
他如此夜以繼日地工作，就是為了跟時間賽跑，爭取在傳統(tǒng)能源枯竭之前，造出新能源。據(jù)國際能源署統(tǒng)計，2003年世界全部能源中，石油占42.6%，煤占40%，而可再生能源如生物酒精占14%，太陽能、風(fēng)能及地?zé)犭娬緝H占3.5%。因此，打破對化石燃料的依賴將是重要的能源發(fā)展戰(zhàn)略。據(jù)估計，到本世紀(jì)中葉前后，全世界能源消費的需求將超過傳統(tǒng)能源的供給能力。
太陽假想將成現(xiàn)實
遠(yuǎn)古時期，人們對太陽的依賴性很大，因此，不少民族把太陽作為一種圖騰來崇拜，甚至衍生出至高無上的太陽神。在科技迅猛發(fā)展的今天，面對能源危機(jī)，人們再次把目光投向了太陽，并最終找到了解決方案。
那么，太陽能究竟有多大潛和呢？范滇元介紹，太陽光到達(dá)地球表面的功率密度為1000瓦/平方米，其總功率要比目前全世界能源消耗高10000倍。如果在美國內(nèi)華達(dá)用100×100平方米的光伏電池板，并以10%的轉(zhuǎn)換效率計算，就可供應(yīng)全美國的電能需求。中國2/3以上國土年日照時間超過2200小時，年輻射總量平均大于5900兆焦/平方米。
經(jīng)研究，太陽的巨大能源來自聚變，而氫彈的爆炸則是地球上人為的聚變反應(yīng)。把氫的聚變反應(yīng)及其產(chǎn)生的巨大能源“引向可控”，也就實現(xiàn)了“人造太陽”，并由這個“人造太陽”源源不斷地向外輸送能源，假想雖然大膽，但在科學(xué)技術(shù)界數(shù)代人的共同努力下，離其實現(xiàn)的日子越來越近了。
學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，氫的同位素氘和氘在高溫下可發(fā)生聚變，合二為一，并釋放出具有大能量的中子，這一過程就稱為“聚變”。范滇元強(qiáng)調(diào)，幾個氫原子聚變產(chǎn)生的能量可能不是很大，可是幾十億個氫原子一起“聚變”，就能產(chǎn)生巨大的能量；只要氫原子一直在“聚變”，能源就源源不斷地從發(fā)生反應(yīng)的儀器中“流淌”出來，該儀器也便成了人類能源的“聚寶盆”。
從海水中提煉原料
記者發(fā)現(xiàn)，讓上述假想變成現(xiàn)實的難題有兩個，一是從哪里不斷提取氫原子，二是如何滿足氫原子兩個同位素發(fā)生反應(yīng)的條件，以及控制住聚變后產(chǎn)生的巨大能源。前者是原料來源問題，后者則是聚變反應(yīng)器和反應(yīng)條件問題，在前人研究的基礎(chǔ)上，范滇元等人設(shè)想從海水中提取所需原料 ，并嘗試著逐步解決后者的問題。
但聚變反應(yīng)的條件極為苛刻，首先，需要1億度左右的高溫；其次，參與反應(yīng)的粒子密度要足夠高，并能維持一定的反應(yīng)時間，每立方厘米的粒子反應(yīng)速度必須控制在10的14次方秒。
反應(yīng)條件滿足了，就可以考慮在地球上建個小太陽了，范滇元透露，人造小太陽有兩種技術(shù)途徑可實現(xiàn)，一是磁約束聚變，其中粒子密度必須小于空氣；二是激光聚變，但約束高溫等離子體是聚變的關(guān)鍵，太陽上的約束方式是重力約束，目前學(xué)術(shù)界已參考這一方式，一些先行者早就嘗試著用磁約束聚變，他則試著用慣性約束聚變，從理論的研究來看，效果非常好，也可以說是開創(chuàng)了可控?zé)岷司圩兊男录o(jì)元。
2020年演示性發(fā)電
范滇元介紹，去年6月28日中、俄、歐盟、日、美、韓六國莫斯科會議，一致選定法國為聚變實驗場址。今年開始建造聚變所需設(shè)備與基地，建設(shè)期10年，造價100億歐元，預(yù)計到2020年可進(jìn)行演示性發(fā)電，但這只能處于實驗階段，接著攻克的難題還有很多。
他說，走向聚變能源還需要經(jīng)歷三個階段：一是得失相當(dāng)，即聚變釋放的能量等于觸發(fā)聚變反應(yīng)所輸入的能量；二是點火，聚變能產(chǎn)生的速率足夠快，使等離子體維持在所要求的溫度而不需要附加加熱；三是商用，在工程設(shè)施上聚變過程產(chǎn)生純能量輸出，同時它的經(jīng)濟(jì)效益可以和其它能源相競爭。
目前，中國、美國、俄羅斯也在與時間賽跑，中國“神光I-II”各項研究進(jìn)展非常迅猛，但出于保密的需要，范滇元沒有透露詳情，只是說，最遲到2050年，中國“人造太陽”將完工，屆時，生產(chǎn)“人造能源”的降低成本與生產(chǎn)穩(wěn)定性等難題都將被攻克，所有中國人都能用，也用得起他們所制造的無污染，無窮盡的能源。
作者及來源：記者 李學(xué)芹 2006年11月20日 金陵晚報