一锤子买卖比受控核聚变更靠谱

　　５月１２日，朝鲜《劳动新闻》宣布，“面对恶劣的客观环境，我们的科学家们没有丝毫的畏缩和动摇，１００％依靠自己的力量克服重重科学技术难题，成功完成了核聚变反应”，“使朝鲜取得了新能源开发的突破口”。这个消息让我很好奇，因为严格地说，全世界只有联合国五常真正掌握了核聚变技术，也就是氢弹，而氢弹由于威力太强大且不可控，早就被排斥在发电技术之外，可见，朝鲜在核聚变领域取得的“值得自豪的成果”与新能源没有多大关系。《劳动新闻》还说，目前只有少数国家开发成功核聚变技术，而实际上全世界还没有任何一个国家掌握可控核聚变技术，这进一步说明朝鲜“成功完成了核聚变反应”只与开发聚变武器有关。朝鲜的核技术远不如五常是毋庸置疑的，但朝鲜在恶劣的外部环境压力下，的确在核技术领域有一些绝活。出于谨慎，我将核聚变的发展状况捋了一遍，之后，竟然产生了一些非主流的想法，故整理成此文。

　　从１升海水中提取出的重氢经过聚变反应，放出的能量能达到１００升汽油燃烧释放的能量，而且无污染，由此可见聚变能是人类的终极能源，这就是各大国发疯似地朝可控核聚变领域扔钱的原因。全世界每年用于可控核聚变的研究经费超过２０亿美元，光是中国这个发展中国家就组建了２０００人的高科技队伍，中国的一个实验室一天实验耗用的电费就是５万元。半个世纪以来，全世界扔进去的钱数也数不清，从各家偷偷研究到国际合作，各种形式都有。２００５年６月２８日，中、俄、美、欧、日、韩、印７国达成协议，在法国卡达拉舍建立实验反应堆，开展为期３０年耗资１００亿欧元的ＩＴＥＲ可控核聚变研究项目。很遗憾，迄今为止，占绝对上风的看法是，５０年内可控核聚变不大可能投入商业应用。可控核聚变的装置俗称“人造太阳”，笔者对此有所关注，得出的结论是：受控核聚变成功的希望非常渺茫，反倒是一直被教科书看死的瞬间核聚变（也就是氢弹爆炸）更可行。
　　在论述之前，我先简单说说核聚变是怎么回事。
　　最有商业价值的是重氢和超重氢的原子核聚合成氦核，同时释放出比核裂变（如原子弹）大得多的能量。原子由核外电子和原子核组成，氢原子的核外电子数是１，别看只是一个相对于整个原子小得多的电子，其实该电子可以同时出现在规定半径内的任何一个地方，因此，假设原子有足球场那么大，原子核却只有乒乓球那么大。电子带负电荷，同性相斥，被电子云包裹着的氢核不会有相互聚合的机会。要产生核聚变，必须先加热成等离子体，使得原子核和核外电子各玩各的，如此，重氢和超重氢的原子核才有可能融合到一起。但是且慢！原子核带正电荷，同性相斥，这两个氢原子核最多也就是周末拉拉手逛逛马路，想“直奔主题”门儿都没有。为了将两个原子核撮合到一块儿，必须施加更大的能量——高温和高压，增加他们近距离接触的机会，在两个原子核的距离小到一定程度时，吸引力将大于排斥力，这时候核聚变就发生了。高压是为了增加密度，高温是为了增加动能，都是为了提高两个氢核融合的机会。
　　由此可见，核聚变的关键条件是高温和高压。温度和压力可以相互代偿，温度不够可以增加压力弥补，反之亦然。太阳能就是核聚变的结果，太阳由于质量巨大，中心由万有引力产生的压力超过３０００亿个大气压，所以温度条件可以降低到１５００万度，人类没有任何替代办法可以产生太阳那么大的压力，只能在温度上做文章。在人类能够产生的压力基础上，人工核聚变大约需要１亿摄氏度的高温。
　　这种温度的物质，地球上任何容器都吃不消，就是飞船上的隔热瓦碰到１亿度的高温也会瞬间化作云烟。氢弹爆炸也需要满足核聚变的高温高压条件，但那是一锤子买卖，用原子弹引爆，不需要担心完事后容器烟消云散，可控核聚变的目的是发电，既要爆炸，又要留着容器，要是发一次电换一个电站，比尔·盖茨也付不起那么昂贵的电费。碰巧的是，高温等离子体可以被磁场约束在一个狭小的范围内，这就是磁约束，其装置叫托卡马克，一个动不动就多少亿美元的实验装置。这样一来，等离子体就不会和器壁直接接触，也就谈不上烧坏器壁。
　　除磁约束外，著名的还有惯性约束，其原理是：将微量的重氢和超重氢装入直径约２毫米的小球中，用多束超大功率的激光同时照射该小球，球体材料瞬间融化成气体向四周喷射，同时产生一个向内的反作用力，这就产生了足以产生核聚变的高温高压。８０年代末，美国实施“百人队长”计划，利用地下核爆炸辐射的Ｘ光作为驱动源辐照氘氚靶丸，成功地实现了具有１０－１００倍能量增益的聚变反应，而且实验结果和ＬＡＳＮＥＸ程序计算相符，从而证实了惯性约束聚变的理论可行性。比较而言，惯性约束比托卡马克更有希望，但托卡马克后来有了超导技术支撑，超托卡马克又扳回了一分，磁约束和惯性约束谁也不能占据绝对上风，本人更看重惯性约束。
　　在笔者看来，无论是磁约束还是惯性约束，前途都很渺茫。人类历史上的所有实验，惟有可控核聚变耗时半个多世纪扔钱无数既没有看到前途又不肯放弃。下面我要说说浪子应该回头的理由。
　　在理论物理学家对微观物质没有取得突破性进展的前提下，可控核聚变只有使用蛮力，也就是超高温和超高压——当然，还包括维持这种状态的时间。以人类现有的条件，这些其实都是能在实验阶段勉强满足的，材料和电力都能通过增加钞票得到满足，所以有了国际合作，钱多力量大。只要不放弃，总有一天，这样一条新闻会出现在世界主要媒体的头版头条：ＸＸ实验室实现了输出能量大于输入能量的稳定运行，梦想中的人造太阳终于成为现实。
　　但是，即便到那一天，也仅仅是输出能量大于输入能量，离商业应用，八字还没有一撇。可控核聚变的商业应用，首先必须满足产值大于投入这个条件。半个世纪以来的可控核聚变研究，一直是致力于一小份一小份的重氢和超重氢的点火实验，就是这么小型的反应，偶尔出现的能量产出大于投入也只是持续以秒计算的时间，以年计算的商业运行装置，即便能做出来，也很难相信有商业价值。以磁约束来说，带电粒子的漂移困扰了科学家几十年，离子和电子横越磁力线的热扩散系数分别约为理论预言值的１０倍和１００倍，原理不复杂，难就难在工艺上。特别要指出的是，现在还只是说到点火试验，如果是建造核聚变发电站，天晓得前面还有什么样的拦路虎。
　　问题出在“人造太阳”的设计原理和“天然太阳”完全相反！太阳虽然是超级氢气球，但发生在上面的核聚变却不是像氢弹那样的一锤子买卖，它已经持续运行了几十亿年，是什么机制控制着核聚变反应？我们可以这样分析：太阳中心温度比人类制造的１亿度低多了，但压力比人类能够制造的高得更多，因而发生了核聚变，也就是爆炸，冲击波将靠近中心因为压力达不到要求而没有参与核聚变的氢元素向四周推开，而中心发生的聚变反应产生的高温不足以代偿压力的损失。事实上在中心爆炸以后，附近那些没有参与核聚变的氢原子核之间的距离是在爆炸的瞬间距离越来越远的，哪里还谈得上聚合在一块儿！
　　由此看来，发生在太阳上的核聚变同时也是遏制核聚变的控制棒，是核聚变本身使得太阳不会像氢弹那样瞬间将燃料消耗完。我们人类正在研究的可控核聚变却是希望用高温高压点火，再依靠核聚变产生的高温高压作为下一波核聚变的条件，作为商业应用，还需要除了点燃下一次的爆炸能量外有多余的能量输出用于发电。太阳是通过核聚变遏制核聚变从而达到可控核聚变的目的，人类是寄希望于核聚变维持核聚变，刚好是反过来的。严格说来，太阳上的“可控核聚变”应该叫做“自控核聚变”，“自控”比“可控”当然更牛，毫无疑问，一个平稳运行了几十亿年的“核聚变装置”是成功的，如此看来，与之相反的运作方式成功的希望就渺茫了。
　　除非物理学家对电荷产生了革命性的认识，否则可控核聚变不可能产生商业价值，但这种革命性的成果的产生有赖于一系列不确定的条件：１、电荷本身存在有利于核聚变发生的剩余的认识空间；２、至少有一个类似于爱因斯坦那样的开创性和传统性之间的比例刚好的科学家；３、某种偶然因素触发了其灵感。这３条必须都得到满足才能将事情办成，遗憾得很，这３条中的任何一条都不能确定。在这种情形下，人类要实现可控核聚变就只能靠蛮力，也就是高压和超高温。
　　诱发核裂变的关键因素是裂变材料的临界体积，它不需要用核聚变那样的高温高压点火，只要将两块或多块核燃料凑到一块儿使体积超过临界体积就会发生核裂变，这就是原子弹爆炸的简单原理。在核电站的可控核裂变中，用碳化硼或镉制成的控制棒来吸收中子，通过调整控制棒就可以控制链式反应的速度。但是，可控核聚变（也就是核聚变电站）不但需要高温高压点火，还要长时间维持高温高压的环境，即使原理上可行——也就是能做到稳定、长时间输出电能大于输入电能，设备的投入也一定是天文数字，运行的结果几乎可以确定是产出小于投入，因而不可能具有商业价值。
　　核聚变投入商业运营只有两个可能的途径，第一个是裂变－聚变混合型核电站，也就是利用核裂变产生的能量触发核聚变；另一个是单纯的核聚变电站，一锤子买卖，在一个超级大罐中爆炸一颗“氢弹”发电一年，能量耗光后再爆炸一颗“氢弹”，如此循环。
　　以上两条途径都和可控核聚变没有多大关系，目前从事的可控核聚变实验，最多只有理论研究价值和参考价值，指望放大和改良磁约束或惯性约束实验装置用于商业发电是不可能的，目前所有的可控核聚变实验装置都没有考虑其商业应用价值。比较两者，混合型似乎更容易实现，其实不然。裂变材料对环境的影响太大，目前的核电站已经很庞大很复杂，如果要附加上核聚变装置，为了确保安全方面的万无一失，复杂程度和设备强度不知道要增加多少倍。一锤子买卖和氢弹爆炸没有本质区别，技术充分，无非是为了环境不用原子弹引爆而用激光束引爆，大罐建在地下，除了衬里用些特殊材料，其余的主要是钢筋水泥和岩石，在地球上，超大型工程的结构材料只能是钢筋水泥和岩石，换成是其他的，原料和成本都无法承受，假设三峡大坝的结构材料不是钢筋水泥而是减半后的钢铁，则拿不出那么多的钢铁，也掏不起那种费用。
　　我不具备足够的原子物理知识，更不可能具备做该类试验的物质条件，下面的构想仅仅是作为一个思路，希望相关领域的研究者能有人用几分钟的时间朝这方面想一想，一方面是可控核裂变试验耗时太久花费太大曙光都没有看到，另一方面是化石燃料快要枯竭，替代能源必须赶紧接上，时间的紧迫性可想而知。如果真要到５０年后才能用上聚变能，恐怕在此之前，地球上的人为了争夺石油已经减少了三分之二人口。
　　在地下深处造一个钢筋水泥结构的空心球，假设直径１０公里，里面注满水，每次引爆的重氢和超重氢的量够里面的水升温几百摄氏度，就用这种热水发电，具体细节就不说了，冷却到一定程度再来一锤子，继续发电。引发核聚变本身现在不是难事，至少五个常任理事国都轻车熟路，难的是一小份一小份的连续核聚变，现在彻底抛弃这种概念，技术和设备都简单多了。