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激光:取之不尽用之不竭的清洁能源

2007-12-19 10:08
姚看江湖
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      提到清洁能源,人们会很自然地联想到太阳能、风能、潮汐能等,然而,一个正在进行中的多国合作的激光能源科研项目很有可能在十年内改变现有的清洁能源分布状况。激光,这项已经在工业、医疗、武器等领域被广泛利用的技术,面对清洁能源的宽广舞台正摩拳擦掌跃跃欲试。

  这个项目名为“HiPLER”(High Powered Laser Energy Research),即“高动力激光能源研究”,由英国科学家发起,有包括德国、法国、加拿大、俄罗斯等在内的11个国家参与,目前已征得欧盟同意立项募资建造试验反应堆。项目研究时间长达7年,前期投入3500万欧元用于实验室配置、科学家的活动经费,而反应堆本身就要耗费5亿欧元。如此巨额的投资,预期的回报必然不低。参与该项目的科学家詹姆斯·冉德森(James Randerson)介绍道:“当这样一个激光‘聚变发生器’(fusion generator)被研发出来,它就能够进行无穷无尽的‘自发驱动’(self-powering)反应,过程中产生大量的过剩能量,这些能量转化为电能之后就能为人们所利用。”最为重要的是,在获取能源的过程前后不会产生任何垃圾和污染,对环境没有损害,也不会对气候产生影响,这是它最吸引人的地方。

  这种高动力激光反应堆的工作原理与太阳的发光发热原理类似,都是核聚变,众所周知核聚变是能量最大却又最难掌控的反应之一。“40年前我们(科学家)就开始讨论,要利用聚变能源起码还得40年。迄今为止,只有在氢弹的爆炸中有这种反应产生,而且那还是非人为控制的。”詹姆斯说,“这么多年来,大家都把注意力放在磁反应上,比如太阳能的利用。虽然它也能产生能源,但是这反应远远不及核反应的能量大。”

  对于如何将大胆设想以及实验室试验变为能真正产生效用的现实技术,“高动力激光能源研究”的项目组已经有他们明确的规划。正如上世纪80年代,美国科学家在地下进行秘密氢弹试验一样,现在激光科学家们只要复制那个场景,将巨大的能量注入氢原子就能产生核聚变反应,只不过与之不同的是,这次的能量来自激光而非炮弹。在美国加州的利物摩尔,有一支军队也在进行这项试验,一旦成功,HiPLER项目组希望能够购买这个试验结果以帮助进行更深入的研究。“这是通过商业贸易来推动科学研究的一种方式。”英国中央激光研究所(Central Laser Facility, CLF)主任麦克·邓恩(Mike Dunne)如是说。CLF拥有全世界能量最强的激光之一,它被命名为Vulcan,是罗马神话中掌管火与锻造的神的名字。HiPLER项目组宣称他们将用Vulcan激光来引发核聚变反应,即用激光注入氢及其同位素氘。这一反应的剧烈程度,“就好比在你的大拇指上有10艘航空母舰在战斗”。

  如此激烈的反应,人类能够控制吗?对于核聚变的安全问题所引发的质疑,麦克·邓恩说:“原则上来讲,核聚变比核裂变更加安全,后者现在已经广泛应用于核电站发电。核聚变不像核裂变那样会产生反应堆垃圾,需要藏入深海掩埋起来,即便如此还有可能在几百几千年后危及子孙后代,而核聚变产生的废弃物甚至比医疗垃圾的危害程度还低。”麦克还说,更大的好处是核聚变不会有连锁反应,“切尔诺贝利核泄漏之类的事故永远不可能在核聚变中发生,我们能想象到的最糟糕的事情,也无非就是反应不成功。”反应堆的原材料便宜而且容易获得,这是该项目被看好的另外一个原因。反应所需的氘,可以从海水中提取,可谓取之不尽用之不竭,而另外一个氢的放射性同位素可以在反应的副产品中获得,基本上属于自产自销。

  也有持不同观点的科学家发表异议:“用激光引发核聚变和用激光发电并不能画等号。”同在牛津郡的电磁专家德瑞特·波巴(Duarte Borba)说:“持续一秒钟不难,问题是怎样让它可持续反应。”对此,麦克·邓恩有所回应,他的回答中充满了信心:“确实,我们现在要做的就是突破这一难题。这是最值得投资和投入研究的问题,如果它被解决,从我们起,人类的后代便不会再有能源问题。”

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