海水中的核能

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  自从20世纪科学巨人—阿尔伯特·爱因斯坦推导出了那个著名的公式:E=MC2,用以阐述质能互变的原理之后,人类从此明白了物质与能量之间的关系,认识到世界上每一种物质都处于不稳定状态,有时会分裂或合成,变成另外的物质,物质无论是分裂或合成,都会产生能量,所以,核能将成为人类未来最有希望的能源。

  人类利用核能的方式,以当前的技术水平而言,主要有重元素的裂变与轻元素的聚变。重元素,如铀的裂变,已进入了实用阶段。其基本的原理是采用人工方法轰击铀的原子核,使之分裂,从而释放出巨大的能量。1千克的铀裂变时所释放出的热量,足可相当于2500吨优质煤燃烧释放出的全部热能。原子能的功效是如此巨大,于是就有了原子能发电,原子能电站也开始分布于世界各地。

  目前,全球已建成和正在建设的原子能发电站已逾千座。在原子能发电蓬勃发展的同时,整个世界对燃烧铀的需求也随之猛增。然而,铀这种物质在陆地上的储量并不丰富,适合开采的铀矿只有100余万吨,即使连低品位的铀矿及其副产品铀化物一并计算在内,总量也不会超过500万吨。按目前消耗速度,仅够人类使用几十年。

  然而在那浩瀚无际、神奇莫测的海洋中,却溶解有超过陆地储量几千万倍的铀。然而令人遗憾的是,海水中铀的总量虽然巨大,可分布却远不及陆地上那样集中,海水中含铀的浓度很低,1000吨海水中仅含3克铀,从海水中提炼铀,需要处理大量的海水,这从技术上来说是一件非常复杂的事。现在,人们已经实验过的提炼方法有吸附法、共沉法、气泡分离法和藻类生物浓缩法等几种。

  重元素的裂变所释放的能量已叫人叹为观止,那么轻元素的聚变又会有什么样的情况呢?答案是:核聚变,例如氘、氚都是氢的同位素,在一定的条件下,它们的原子核可以相互碰撞聚变成为一种新的—氦核,同时将蕴藏于其中的巨大能量释放出来。一个碳原子完全燃烧生成二氧化碳时,能够放出的能量为4电子伏特,而氘—氚反应时所产生的能量则为400万电子伏特。根据计算,1千克氘燃料,至少可以抵得上4千克铀燃料或者10000吨优质煤燃料。

  氘在海水中分布甚广,储量巨大。海水中氘的含量为十万分之一,即每升海水中含有0.03克的氘。这个数字看起来未免有些微不足道。然而,就是这微小的氘,在核聚变时产生的能量足可与300升汽油相抵。更何况,海洋总体积为1.37×1018立方米,稍做计算,就可知道,海水中氘的总储量竟达几百亿吨,数量之大,可为人们提供上亿年的能源消费。而且,氘的提取方法简便,成本也较低,核聚变堆的运行也十分安全。所以,氘、氚的核聚变为人类解决未来的能源消费问题展现了十分广阔的前景。

  当然,同重元素的裂变一样,轻核聚变也是一项十分复杂的技术。氘—氚的核聚变反应需要在几千万摄氏度、甚至是上亿摄氏度的高温环境下才能进行。目前,这种反应已在氢弹的爆炸过程中得以实现,至于用于生产目的的受控热核聚变在技术上还存在着许多困难。不过,相信随着人类科技的不断进步,总会有成功之时。

  1991年11月9日,欧洲14个国家联合出资,成功进行了首次氘—氚受控核聚变反应的实验。反应时,发出1.8兆瓦电力的聚变能量,持续时间为2秒,温度高达3亿摄氏度,20倍于太阳内部的温度。核聚变比核裂变产生的能量效应高出600倍,比煤要高1000万倍。因此,科学家们认为,氘、氚受控核聚变实验的成功,在人类开发新能源的整个历程中具有里程碑式的意义。

  科学家预测,核聚变技术和海洋氘—氚提取技术在最近20年内将有望获得重大突破,这给人类摆脱能源危机的前景带来了无限生机。


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