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·书评·
宇宙能源的来源及未来之路
太阳，给地球带来了光和热，使地球 生物得以繁衍生息。太阳为何可以日复 一日、源源不断地释放出如此巨大的能 量？这一问题曾长期困惑着科学家们 ——根据能量守恒定律，在太阳内部一 定存在一个能量源，其产生的能量总量 等于太阳外表辐射的能量总量。直到20 世纪早期，物理学家提出了“核聚变”这 一概念，太阳发光发热、维持能量输出的 原理才为人们所知晓。聚变，不仅是太 阳的能量来源，也是整个宇宙运转的能 量来源。《宇宙能源——聚变》一书便对 此作出了完美诠释。 该书以非常通俗的语言和表达形式 向我们展示了核聚变的原理和发展进 程，正如欧洲粒子物理研究所前主任克 里斯·卢埃林·史密斯教授在书的序言里 所说：“ 加里·麦克拉肯和彼得·斯托特在 聚变研究中有着卓越的成就，正当核聚 变在能源领域被视作一张具有潜力的王 牌的观点日益被接受时，他们的书《宇宙 能源——聚变》出现了。” 《宇宙能源——聚变》中译本由核工 业西南物理研究院组织翻译，原子能出 版社出版。麦克拉肯先生亲自为中译本 撰写新序和后记，使译著增色不少。核 聚变科学作为一门尖端学科，涉及众多 相关领域，尽管陆续有聚变方面的科学 专著出版，但普通读者要了解核聚变知 识还是有一定难度。《宇宙能源——聚 变》中译本一书，凭借其前瞻性学科内 容、通俗的语言文字、图文并茂的特点， 入选了中国核学会科普丛书。 
[英] 加里·麦克拉肯、[英] 彼得·斯托 特著，核工业西南物理研究院译。原 子能出版社，2008年1月第1版，定价： 48.00元。 该书从宇宙的形成开始，生动地向 读者展现了核聚变的原理和发展过程， 从太阳的生命周期演绎出氢的燃烧和重 元素的产生过程。当太阳的能量来自于 核聚变得到广泛认可之后，科学家开始 探索在地球上实现核聚变反应。为了让 读者更为直观地了解“核聚变”，作者将 “核聚变”和它的孪生兄弟“核裂变”放在 一起进行比较，并形象地告诉我们：核聚 变，即2个较轻的原子结合形成1个较重 的原子；核裂变，即1个较重的原子分裂 变成较轻的原子。大家熟知的原子弹即 根据核裂变原理制成，而能量更为巨大 的氢弹则是通过核聚变来实现。当然， 氢弹是爆炸性核聚变，瞬间释放的能量 往往给人类带来灾难。而我们需要的是 让核聚变反应实现可控，并按照人们的 需要长期、持续释放，从而造福人类。 现在一提到“核”，人们首先想到的 是核辐射。尤其在日本福岛核泄露事故 发生之后，人们更是谈“核”色变。此书 会帮助读者摒弃对“核”的偏见和刻板印 象，并对核聚变能源的安全性及未来发 展充满信心。现在的商用核电站运用的 是核裂变原理，相比而言，核聚变在安全 方面更有优势，应用前景也更为广阔。 作者娓娓道来，通过分析核聚变反 应的输入与输出，非常通俗地解释了核 聚变能源为何是安全、清洁的。核聚变 反应发生在氢的两种同位素——氘和 氚。氘天然存在于水里，氚不能以游离 态的方式存在于自然界，但可以通过锂 和核聚变反应产生的中子反应获得。因 此，核聚变的主要原料为水和锂，相比核 裂变的原料铀而言，核聚变的原料几乎 是没有放射性的，并且广泛存在、容易获 取。核聚变反应的主要产物为氦气，是 一种惰性气体，无毒、无放射性，对环境 几乎没有影响。 作者还生动地解释了科学家是如何 利用“所罗门的魔瓶”——磁场，来约束 世界上最神奇的“魔法”——聚变的。氘 和氚必须非常靠近才能使其原子核合并 而实现核聚变，而这必须通过气温加热 大约2亿℃才能实现。温度如此之高，在 怎样的容器中实现这样的反应，也是摆 在科学家面前的难题。该书归纳分析了 科学家们惯常采取的2种方式，一种是用 磁场在燃料与器壁之间形成一个壁垒， 通过磁场把带电粒子约束住，防止它们 撞击周围的器壁，即磁约束核聚变；另一 种是迅速压缩并加热原料，在其向外扩 展并接触器壁之前就发生反应，燃料的 惯性让其不得逃逸，称为惯性约束核聚 变。书中的第一手珍贵资料还为读者展 示了世界各国实验室最为前沿和令人振 奋的研究进展，无疑坚定了人类科学而 和平地利用核聚变发展核能的信心。在 诸多核聚变实验装置中，一个被称为“托 卡马克”（TOKMAK）的装置脱颖而出。 它是利用磁约束来实现受控核聚变的环 形容器，中央是环形真空室，外面缠绕线 圈，在通电的时候内部产生巨大的螺旋 型磁场，通过加热到很高温度以达到核 聚变的目的。作者阐述了基于托卡马克 的核聚变研究“三部曲”，为读者勾画出 核聚变现状及未来的美丽图景。 随着国际热核聚变实验堆计划（In⁃ ternational Thermonuclear Experimen⁃ tal Reactor，ITER）的启动，中、美、俄、 欧、韩、日、印七方签署协定，通过国际合 作共同实施核聚变这一大科学工程项 目。ITER计划是继国际空间站之后的又 一项大型国际科技合作计划，在和平利 用核能和解决人类能源需求上有着非常 重要的意义。 在拉丁语中，ITER的含义为“路”，寓 意未来能源发展之路。《宇宙能源——聚 变》回顾历史、展望未来，深刻阐述了发 展核聚变能源的现实意义。随着人口的 快速增长、对能源的需求持续增长，人类 在供应未来能源需求上没有很多选择， 而核聚变能则是为数不多的选择之一。 正如书的后记中所说，“ 核聚变的成功发 展，将是给予我们子孙后代极好的礼物， 并给人类未来提供取之不尽、用之不竭 的能源。”作者作了一个十分形象的比 喻：1L水用作核聚变燃料所产生的能量 相当于燃烧300L汽油产生的能量。如 果受控的核聚变反应得到实现，那么解 决地球上的能源问题指日可待。 总之，《宇宙能源——聚变》中译本 带领广大读者领略了核聚变的巨大能量 和无穷魅力。此书不仅适合从事核聚变 研究的科研工作者或高校师生阅读，也 是一本不可多得的公众科普读物。 文/戚家栋 |