7大顛覆性技術(shù)破解能源危機

　　能源技術(shù)：

　　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。我們需要從根本上徹底改變能源開發(fā)和利用的現(xiàn)狀。

　　多年來，科學(xué)家和工程師為我們構(gòu)想了一幅幅美妙畫面：太空中，衛(wèi)星吸收太陽光的能量，再將能量束傳導(dǎo)回地面上的接收站；飄浮在大氣層中的風力發(fā)電機……然而，幻想總要落實到現(xiàn)實。最近一些可觀的政府或私人資金投入了這些研究，來幫助關(guān)鍵領(lǐng)域中各種各樣的長遠技術(shù)研發(fā)。接下來介紹的這些項目，都是最有可能得到回報的范例。當然，前提是它們的發(fā)明者能跨過重重障礙，并最終使科學(xué)成果投入大規(guī)模生產(chǎn)。

　　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

　　新反應(yīng)堆以聚變觸發(fā)裂變

　　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50年代。當時，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)堆要依賴于鏈式反應(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。想要維持鏈式反應(yīng)的進行，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)，不再需要維持鏈式反應(yīng)的進行。這樣的設(shè)計擴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)剂蠈樱渲械娜剂弦芙?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。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。