无穷的动力资源——可控制的热核反应 [复制链接]

第7版()
专栏：

无穷的动力资源——可控制的热核反应
苏理
编者按：赫鲁晓夫同志在苏共第二十一次代表大会上所作的“1959—1965年苏联发展国民经济的控制数字”报告中提到：在燃料工业方面，要大力发展有很大经济利益的石油和瓦斯燃料，在科学研究方面，要致力于掌握可控制热核反应，在国民经济中要扩大利用合成材料、核裂变产物和放射性同位素。为了帮助读者了解这些新的工业部门和科学技术在国民经济中的作用，我们组织了五篇解释这些问题的文章，陆续发表，下面是第一篇。
二十世纪里人类最伟大的科学成就之一，就是掌握和控制了原子核裂变，找到了新的动力来源。人们预言，在二十世纪的下半个世纪，人类新的最伟大的创造之一，将是掌握可控制的原子核聚变，也就是掌握可控制的热核反应，使它成为强大的取之不尽的动力资源。
人类为了生产和生活的需要向大自然要动力的过程，也就是人类征服自然的过程。几百年前，人类所能够掌握的动力，只是自己的体力和自己豢养的动物，以及简单的水力和风力所推动的机械。蒸气机的发明是人们控制动力史上的革命，它使人类从煤炭和石油中取得巨量动力。可是煤和石油在燃烧时放出来的能量，只不过是物质蕴藏能量的很小的一部分。而更大量地集中了物质和能量的原子核，并没有参加这种变化，大量的能量还沉睡在小小的原子核里。
当人类控制了原子核裂变以后，就把一些蕴藏在原子核中的能量解放出来了。所谓原子核裂变，就是利用中子使铀、钚等一些重原子核，裂成两个较轻的原子核碎片，并放出二个或三个中子。这些裂变碎片和中子，都有很大的速度，也就是有很大的动能。这些能量最后都变为热能，人们就利用这种热能来发电。一克铀235全部裂变以后，相当于三吨煤燃烧时放出的能量，也就是一克铀的裂变能，是一克煤的燃烧能的三百万倍。如果我们把最轻的原子核如重氢核（即氘核）、超重氢核（即氚核）和锂核聚在一起，聚变成氦核，就可以放出更大的热量。一克重氢放出的聚变能差不多是一克铀235的裂变能的五倍左右，也就是一克煤燃烧能的一千多万倍。
我国1959年计划开采三亿八千万吨煤，如果用铀235来代替，就用不到一百三十吨。如果用重氢来代替，就用不到三十吨。可以想见，这种高能量的新燃料会带来多么巨大的变化。这个变化将远比人类利用煤和石油带来的变化更伟大也更深刻得多。
更重要的是，人们对电的需要愈来愈大，而我们的水力资源以及煤和石油的资源都是有限的，怎样以有限的资源来满足无限发展的动力的需要呢？这是一个很大的矛盾。不少科学家估计，根据目前电力事业的发展速度，煤再用五十到一百年就差不多用完了，石油用完得更快些，人们如果继续靠煤和石油来供应动力，就不得不开采条件差的煤矿（英国在目前已到这种情况，他们在开采深达几百公尺的矿床），成本也愈来愈高。如果人们把有价值开采的铀和钍矿，全变成可以裂变的物质，那么这些核子燃料的储藏量将是煤和石油的储藏量的二十五——三十倍。如果人们用重氢作核子燃料，那么在我们周围的水中就有无穷无尽的重氢（水是二个氧原子和一个氢原子组成的，每六千个氢原子中就有一个重氢原子）。因此我们能利用重氢作动力，就像赫鲁晓夫在苏共二十一次代表大会上的报告中所指出的，人们就将取得几乎是无穷尽的动力资源。
可是人们控制原子核的聚变，比控制原子核裂变要困难得多。原子核裂变是靠中子打击铀核而引起的；中子不带电，因而它和铀核之间没有排斥力，而且当中子接近铀原子核时，铀核对它还有很大的引力。因此，它是铀核所欢迎的客人，在平常的温度下，中子就能够使铀235裂变。但是，要使氘核聚变，首先就要去掉环绕氘核运动的电子，因为电子都带负电，要互相阻斥，阻止氘核接近。要冲破这一关，氘核要具有每秒六十多公里的速度，相当于十万度高温。其次，要战胜核子间的斥力。因为核子都带正电，要互相排斥，而且这种排斥力随着核子间的接近而大大加强，一直到非常接近以后，由于核子间的另一种力（叫做核力）超过了斥力，氘核才能熔合。要冲破核子间斥力这一关，核子要具有每秒几百公里的速度，相当于几千万度高温，因此，人们把原子核聚变叫做热核反应。
这样的高温，过去只有恒星世界中才有，太阳就是利用其内部这样的高温，使氢核最后变成氦核，而放出巨大的能量的，现在，人们在地面上也创造了这样高的高温，那就是原子弹爆炸时，火球中心的温度。这也就是氢弹必须用铀或钚弹作核心的缘故。可是氢弹在爆炸后，是不能控制的，不能利用它来供应动力，因此，在人们面前的问题，是要掌握可控制的热核反应。也就是要在地面上建立起人造太阳，而且还要控制这个人造太阳。
要控制几千万度的高温，看来是很不容易的，甚至像英国著名的原子核物理学家柯克罗夫特，在日内瓦的和平利用原子能第一次会议中，也怀疑人们在二十年内就能解决这个问题。苏联科学家萨哈罗夫院士和塔姆院士，首先提出了磁力热核反应器的理论。他们认为，在稀薄的重氢气体中的强大的脉冲放电（间断的瞬时的放电），能够产生很高的温度，并且由于电流产生的强大磁场，使氘核和电子集中成很细的一束，而不会和反应器四壁接触，这样既使中心区域能维持高温，而又使四壁不会给烧坏。这种利用磁力来绝缘的办法，就有可能解决可控制的热核反应问题。
最近，赫鲁晓夫在苏共二十一次代表大会的报告中，又指出掌握可控制的热核反应，是苏联科学的首要的任务之一。可见，在这个科学尖端上，苏联科学已经走在全世界的前面。