科學(xué)家和工程師們正在開發(fā)一系列看起來渺茫,，卻有望徹底解決能源危機(jī)的新技術(shù),。
利用原本危險的核廢料作燃料，建成一個核裂變反應(yīng)堆——它先由激光驅(qū)動產(chǎn)生核聚變爆炸,，再由爆炸觸發(fā)裂變反應(yīng),，于是產(chǎn)生出一種新能量；而一種新的設(shè)備能將陽光和二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料,，取代汽油,。
一種將為制冷機(jī)帶來革命的磁體,，以及能降低汽車油耗的記憶合金,，將使能源利用率大幅提高。
也許這些新技術(shù)最終成功的可能性只有10%,，但如果其中任何一種成為現(xiàn)實,，能源利用率和安全水平就會得到極大提高。
許多人都在研究如何更有效地利用可再生能源及如何提高能源效率,，這固然很好,，然而，大多數(shù)研究成果可能只是對現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的一些有限改進(jìn),。我們需要從根本上徹底改變能源開發(fā)和利用的現(xiàn)狀,。
新反應(yīng)堆以聚變觸發(fā)裂變：利用激光從核廢料中榨取電能
自然界中，太陽的光和熱源自核聚變,；氫彈的能量也來自核聚變,。物理學(xué)家和工程師數(shù)十年來也一直在努力研究如何通過核聚變發(fā)電。現(xiàn)在,，研究人員能夠輕松制造出可控核聚變反應(yīng)——只要讓氫原子核足夠猛烈地碰撞壓縮到一起,，它們就會融合，并釋放出中子和能量,。然而,，要讓核聚變用于發(fā)電，就必須做到更高效,，以使反應(yīng)所釋放的能量大于觸發(fā)反應(yīng)(被稱為“點火”)所需的能量,，這是科學(xué)界的一道難題。
因此,，美國利弗莫爾國家實驗室國家點火裝置(National Ignition Facility)的科學(xué)家設(shè)計出一套新方案：用核聚變來驅(qū)動裂變,，利用原子分裂產(chǎn)生的能量來驅(qū)動傳統(tǒng)核反應(yīng)堆。該實驗室主任愛德華·摩西(Edward Moses)聲稱,，利用這一機(jī)制運作的實驗性核電站有望在20年內(nèi)建成,。
根據(jù)利弗莫爾實驗室的構(gòu)想,，要先在一個反應(yīng)室的內(nèi)壁上排放一厚層鈾或其他核燃料，然后利用激光脈沖在反應(yīng)室內(nèi)觸發(fā)核聚變爆炸,，放射出的中子轟擊到內(nèi)壁上的核燃料后,，會使其中的原子分裂。這可以將反應(yīng)室的能量輸出提升3倍,，甚至更多,。
和平利用核聚變驅(qū)動裂變概念的提出，要追溯到上世紀(jì)50年代,。當(dāng)時,，蘇聯(lián)的氫彈之父安德烈·薩哈羅夫(Andrei Sakharov)首次提出了這個設(shè)想。
既然大部分能量仍來自裂變,，為什么不繼續(xù)使用傳統(tǒng)核電站,，卻非要不厭其煩地研究由聚變來觸發(fā)呢？原因在于,，裂變反應(yīng)堆要依賴于鏈?zhǔn)椒磻?yīng),，即裂變的原子釋放出的中子會觸發(fā)更多原子發(fā)生裂變。想要維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行,，就必須用钚或濃縮鈾作為燃料,，這兩種材料都能用于生產(chǎn)核武器。
而聚變—裂變混合反應(yīng)堆是由聚變爆炸產(chǎn)生的中子觸發(fā)裂變反應(yīng),，不再需要維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行,。這樣的設(shè)計擴(kuò)大了核燃料的選擇范圍，可以使用的燃料包括未濃縮的鈾,、貧化鈾(來源豐富,，濃縮鈾使用后的廢料)，甚至其他核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢料——否則,，這些廢料必須得貯存數(shù)千年,，或者需要進(jìn)行復(fù)雜和危險的再處理后，重新作為裂變電站的燃料,。
另一個原因是燃耗,。對傳統(tǒng)核反應(yīng)堆而言，燃料使用到必須被更換之前,，可裂變原子中僅有一小部分發(fā)生了裂變,。摩西介紹說，而聚變—裂變反應(yīng)堆能消耗掉核燃料的90%,。因此,，它的燃料需求量或許只是普通裂變反應(yīng)堆的1/20。這種反應(yīng)堆的使用壽命約為50年，其中最后十年被稱為“焚化”階段,，在這一階段里,，輸出電能逐漸減少，即使如此,，它也能將約2 500千克的長半衰期核廢料消耗到只剩約100千克,。
與此同時，研究人員也在進(jìn)行基于磁控核聚變的聚變—裂變設(shè)計,，這是可控核聚變的另一種方式,，利用超強磁場來約束聚變反應(yīng)。2009年,，美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的科學(xué)家提出了一個帶有緊湊型磁控核聚變觸發(fā)裝置的混合反應(yīng)堆設(shè)計方案,。中國的研究人員也正在評估關(guān)于優(yōu)化能量產(chǎn)生、傳統(tǒng)核反應(yīng)堆燃料生產(chǎn),，以及利用核廢料發(fā)電的設(shè)計方案,。
以任何形式利用核聚變產(chǎn)生能量，都是很超前的設(shè)想,。即便是摩西的實驗室于今年成功實現(xiàn)點火,，這種混合核電站的一些主要技術(shù)障礙依然存在,。例如,，微小的、精細(xì)加工制成的聚變靶丸要能以可接受的成本量產(chǎn),；還需要一系列未經(jīng)檢驗的新技術(shù),，來保證點火頻率達(dá)到每秒10次(目前“國家點火裝置”在一天內(nèi)命中靶丸的次數(shù)也沒幾次)。
制造混合反應(yīng)堆,，還需要一些在純聚變裝置中用不到的技術(shù),。具體來說，就是裂變?nèi)剂蠈?，其中的燃料要能?jīng)受得住比傳統(tǒng)核反應(yīng)堆中高得多的溫度,，以及猛烈得多的中子轟擊。候選設(shè)計包括從固態(tài)的多層“卵石”狀核燃料,，到液態(tài)的,、含釷、鈾或钚的熔融鹽,。
這無疑是一個巨大的挑戰(zhàn),，但摩西已經(jīng)設(shè)想好了一條雄心勃勃的研發(fā)路線來實現(xiàn)這個目標(biāo)。雖然,，他們實驗室的首要任務(wù)還是必須證明激光核聚變能夠點火成功,。