我们从哪里获取能源,来完成建造行星轨道环、改造行星这类宏伟工程?我常会探讨一些无需革命性新型能源就能实现这些目标的方法,但也总会提到,如果掌握了核聚变技术,会带来多大的便利。不过,我之前从未深入讲解过细节。如今网上有很多讲解核聚变原理的视频,但很少有人真正探讨,一台实用的核聚变反应堆会对经济产生何等深远的影响。
核聚变的名声一直不太好,常被说成“永远还差20年才能实现的技术”。不少夸大其词的冷核聚变发明,更是让人们对此心存疑虑。奇怪的是,人们对核聚变的怀疑,甚至超过了对超光速旅行这类我们明确知道在科学上不可能实现的技术。我想说明的是,我们讨论的很多构想,没有核聚变也能实现。核聚变确实是颠覆性技术,但人类想要拓展到星际空间,并非绝对离不开它。我不想让大家觉得,要是没有这项酷炫的技术,一切希望都将破灭。
今天,我们暂且抛开质疑,也不深究核聚变的实现机制。目前有多种不同的反应堆设计方案,都从不同角度尝试实现核聚变,但还没有一种能真正投入使用。逐一详解这些设计,尤其是网上已有大量相关视频的情况下,似乎没什么意义。不过,我会快速介绍一种最古老、且确实可行的已知设计,以此打消部分质疑。在此之前,先概述核聚变是什么,以及它与核裂变的区别。
**核聚变**——恒星自身发光发热的能量来源——是将大量轻元素(比如氢,或是氢的主要同位素氘)高速撞击,融合成较重元素(比如氦;或是将氦融合成碳)的过程。这个过程会释放巨大能量。因为氘原子由1个中子、1个质子和1个电子构成,而碳原子由6个中子、6个质子和6个电子构成,6个氘原子的总质量,明显大于1个碳原子的质量。这些消失的质量转化为了其他物质——中微子和高能光子,而我们可以利用这些光子发电。核聚变将轻元素融合成重元素,并在此过程中释放能量,其释放的能量极其巨大,同等重量下,是汽油、煤炭或乙醇的数百万倍。
核裂变的原理则恰好相反:它将铀这类重元素分裂成较轻元素,同时释放能量。核聚变释放的能量比核裂变更多,而且宇宙中氢、氘、氦的储量,远超过铀,因此核聚变是更优质的能源。
但实现核聚变的难题在于,它需要极高的温度和压力,而在实验室中维持这种条件,消耗的能量往往远超最终产出的能量,还会损耗设备。这也是为什么冷核聚变一直备受关注,尽管它目前看来不太可能实现