◇◇新语丝(www.xys.org)(xys2.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys-reader.org)◇◇   探月工程和氦3   作者:杜钧福   看网上评论欧阳自远院士关于探月目标之一的研究元素分布一文,联想起欧 阳院士所认定的第三个目标,就是探明氦3的问题。前两年媒体从有关方面获悉 并报道,我国探月将氦3问题列为第一,说探月工程目标“首先锁定氦3”。后来 有人批评,这次就降到第三位了(不知是否经过专家评议)。但仍有评论的必要。 这是因为探月工程耗费了纳税人的巨资,应向全国人民有个清楚的交代。   所谓氦3,是氦这种元素的一种同位素,在高温下,它可与氘(氢的同位素) 发生聚变反应,释放核能,所以可作为聚变燃料。它和我们现在正在研究的聚变 燃料有所不同。现在的聚变研究,如国际合作的计划ITER,所要烧的燃料是氘和 氚(氢的另一同位素)。氘氚反应后,释放大量能量,其中一部分由反应生成的 能量为14兆电子伏的中子携带逸出反应区,和反应堆的结构材料作用使其活化, 带有放射性,也使材料性能退化,须定期更换。这是氘氚聚变的一大缺点,是目 前建堆的一大困难。在讨论我国是否加入ITER的讨论中,已有不少专家提出这个 问题。   而氦3聚变没有这一缺点。它根本不产生任何中子。因此,它被称为先进燃 料。这就是人们谈论用氦3做聚变燃料,不惜成本想去月球上取回氦3的原因。当 然这里还要补充一句,虽然氦3和氘的聚变不产生任何中子,但在这样的反应器 中,不能避免氘核之间发生反应,如同两性人群中难免有同性恋一样。而这样的 反应是产生中子(携带能量2.45兆电子伏)的。可以采取一些措施减少这样的副 产品中子,但是说目前建议的氦3聚变堆完全没放射性是不严格的。   在谈论氦3反应的时候,如果我们不是在课堂里给学生上基础课,不是在写 科学幻想小说,而是在认真讨论涉及国计民生的大科学计划,我们的态度应更严 肃一些,考虑的问题应更全面一些。   对于不熟悉聚变知识的人,甚至包括一些天体化学家、航天技术专家,以及 核物理学家,可能把这个问题想得过于简单,认为问题主要在于探明氦3在月球 上的储存方式、储量,以及如何将其开发、运回,而未想到如何烧它们的问题。 当然这也不是他们的专业,不能要求他们熟悉。   事实上,烧氦3的炉子可能根本不同于烧氘和氚的炉子。这是因为,氦3的最 大反应截面,或者说燃烧速率,要比氘氚反应小一个量级。而且,要达到这样的 截面或速率,所要求的温度要比氘氚反应高一个量级。前者要求10亿度以上,后 者要求几亿度。而且,由于温度提高,带电粒子在磁场内的回旋辐射造成能量损 失要高得多。   所以,实现氦3燃料的聚变要比氘氚反应更为艰巨,而且,氦3的反应堆很可 能根本不同于现在正在研究的氘氚反应堆如ITER。为减少回旋辐射带来的能量损 失,应避免使用强磁场装置,而ITER采用的正是具有强磁场的托卡马克型装置。 但是,由于氦3反应没有中子的放射性,它可以容忍等离子体内部装有电流导体。 可以利用氦3反应的这一优点建立一种内环装置来约束等离子体,实现聚变。当 然也有其它方案,例如磁镜,例如静电约束,但都不是托卡马克型的。技术成熟 的托卡马克型装置不适用于氦3。   所以,如果谈论如何到月球探氦3,运氦3,还应该讨论将氦3运回怎么烧的 问题,才算圆满。但是据我所知,在讨论探月计划的任务时,似乎没有征求聚变 方面专家的意见,当然更不存在这方面的长远规划和日程表。   如果他们征求聚变专家的意见的话,国内聚变专家也不可能马上说出什么来。 这是因为,据我所知,国内聚变界根本没有进行过这样的研究,也没有人要求研 究氦3聚变问题。   发展氦3聚变是怎样艰巨的任务,我们可以拿氘氚聚变的研究历史打个比方。 磁约束氘氚聚变研究自1950年代开始,人们想出了不下几十种约束方案并进行实 验研究,直到1970年代托卡马克成为主线。这是聚变研究的战国时代。   托卡马克自1950年代出现于苏联,至今已有50年,自1960年代末取得成绩, 至今也有近40年。自那以后,圈外的人总性急,认为研究者无能,进展太慢;圈 内人说这就很快了,进展速度不比加速器和芯片差。就是这样,过了半个世纪, 才谈论聚变发电方案。而且说2050年商业化,还有人不相信,打了不少官司。原 因在于这样的大科学工程要的是时间和金钱,一代又一代规模的装置相继建造, 不能跨越,性急不得。托卡马克在发展过程中遇到很多意想不到的困难,不敢说 氦3聚变不会遇到另外一些困难。氦3反应堆的等离子体参数应比托卡马克更高, 但至今还未遴选出公认最佳的约束方案,研究水平相当于氘氚聚变研究的战国时 代,何时成气候,实在不敢预料。至少,有人说,氦3聚变可能在2030年代实现 商业化,是完全不负责任的。   所以我对欧阳院士的建议是,最好将探氦3的任务再往后排,放在第三位还 嫌靠前。如果坚持要放第三位当然也可以,那整个中国科学界应有很多要紧的事 要做。目前探月工程已“圆满完成”,谈论探月目的似乎为时已晚,但也不妨谈 谈。 (XYS20080926) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys2.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys-reader.org)◇◇