Question

氦-3核聚变装置

Answer 1

在计划开采月球上的氦-3的同时,日本科学家正在雄心勃勃地设计富有生命力的氦-3核聚变装置。弘百田教授称这种装置叫“阿尔特弥斯”，是用希腊神话中的月亮和狩猎女神的名字命名的。这个装置中有一个磁瓶,它可以吸住氦-3和氘核等离子束,并能使加热到10亿 的等离子体远离反应堆的四壁，避免烧毁反应堆。在10亿 的温度下,氦-3 和氘就足以发生热核聚变反应,产生极大能量。

但要达到这一温度可不是一件轻而易举的事。目前世界上已有的实验性核聚变反应堆，在用激热的粒子束加热氘-氚燃料时,已经达到的温度只有几百万摄氏度,而且很不稳定。目前,能保持等离子体达到高温的寿命只能达到几分之一毫秒,它就像风中的蜡烛,“一吹就灭”。而任何一种有实用价值的商业性核聚变装置必须至少保持几秒钟的稳定,才能使聚变装置中的燃料发生持续聚变。在理论上,热核聚变反应时,会产生足够的能量保持自身的燃料。但如果热损失太大，核聚变过程就可能终止。

弘百田教授现在力图得到热损失少又能提供稳定的高温等离子体的装置。他希望他设计的磁瓶能使高能质子沿磁场边缘线逃逸,而在中心捕获较少的高能原子核。这些磁场边缘线控制“阿尔特弥斯”里面的质子飞向一个和粒子加速器相反类型的粒子减速器。正如弘百田所描述的那样,带电粒子通过磁场加速时，就将动能直接转变成为电能。他希望能够作到将质子能量的76%转变成电能，而蒸汽涡轮机最多只能达到40%的转换效率。弘百田说,在核聚变反应堆中产生的高能电子也可以用同样的方法控制,它们的能量也可以利用。

但迄今为止,这些减速器还没有试验过。弘百田教授正在寻求合作伙伴,以帮助他建立和试验这种减速器。虽然减速器可以把质子的大部分能量转变成电能,但有少量质子的能量不能转变。这部分质子将远离减速器而以极大的速度飞行,尽管其能量并不多。因此“阿尔特弥斯”还设置有一个传统的蒸汽涡轮机，以便利用这些粒子的剩余能量。

和氘-氚核聚变反应堆比较,“阿尔特弥斯”可能算是一种很小的装置，它约150米长，10米宽,重量约3000吨，也就相当于一艘大的核潜艇的重量。但这仅仅是全尺寸的氘-氚核聚变反应堆的重量的十分之一。

氦-3核聚变反应堆的另一个优点是产生的核废料少。传统的核裂变电站的废料比预计的氘-氚核聚变装置的废料的放射性大10000倍，体积大10倍。而“阿尔特弥斯”又比氘-氚聚变反应堆的核废少,它不仅不会产生高剂量的放射性核废料，即使是低剂量放射性核废料也比氘-氚聚变反应堆的低80%。

氦-3核聚变装置还提供了其他激动人心的前景,它产生的质子是一种治疗癌症的有效医疗手段。因为它是一种非常精确的能量,可以在一个小的肿瘤上精确地聚焦,杀死癌细胞。航空航天专家也对氦-3核聚变装置很感兴趣,因为它可以通过弹射高速质子作为航天飞机的推进器。