几星期前,加利福尼亚州利弗莫尔实验室的约翰·埃米特博士来堪培拉参加在澳大利亚举行的第一次世界激光会议,当时曾接见记者,在谈到激光聚变实验室工作及其商业上应用的前景时,他作了如下的一个比喻:要说什么时候可以实现我们的目标,可作这样一个比喻:好比说,某人的岳母要来他家探望一次,事先不规定逗留的时间,或者规定为期一周,似乎是无所谓的,至于跟实验室里(将来还可在商业上)产生和维持摄氏一百万度高温这一创举好像毫不相干吧。其实不然,例如,I960年,由于肯尼迪总统规定了十年的登月计划,终于在六十年代末实现了。
前些日子,有人在这里的会上说,激光激发核聚变法的应用,已经使裂变法淘汰了。请你谈谈,你对这一点的看法如何。
嗯,我看,这不大对吧。我们现在聚变还没有试验成功呐;也许,比如说,到1985或1986年左右,我们在实验室里会试验成功,但是看来要到九十年代末,或者下世纪头一两年,才可能有第一座采用这种方法的发电站开始运转。所以说,在今后好几年内,我们还需要裂变法。实际上,我们今天有关试验聚变法的工作,对裂变法根本不会产生什么影响,除非承认这样一种错误的说法,即有人说“我们对聚变法要喜欢得多呐,因为它产生的放射性尘埃要少,所以我们还是不要再建造什么裂变发电站了,让我们等待聚变法试验成功吧。”到1990年采取这样的决定,是可以接受的;可是我认为,在今天是不能接受的。假如我们今天就作出这样的决定,我们就只能指望,能马上使聚变法可以投产,然而我认为,只有等到能在实验上给以确实验证以后,才能有这样指望。
为什么认为聚变法比裂变法安全得多?
如果用铀做核燃料,所产生的尘埃是放射性物质。在这些放射性废物中有一些称为锕化物的,经过十分漫长的时期,其放射性还不会消失,——几乎必须经过一个用地质年代来计算的时期,因而必须把它处理干净,要做到保证不传播到环境中去,这样就得使它远离人们居住的地方,把它埋藏得很深很深。聚变所产生的尘梦只含有氦——就是孩子们用来往气球里充气的那种氦气。这就是我们认为聚变法远较裂变法更为人们乐于采用的主要原因。
另外还有一个我们更加乐于采用聚变法的原因。虽然在我们澳大利亚,铀矿很丰富,可是从世界范围来说,铀还是一种比较稀少的物质。另一方面,聚变的主要燃料是重氢,在地球上所有的水里面占七千分之一,并且这种聚变燃料所释放出来的能量,极其巨大:每一加仑水的七千分之一,所释放的能量相当于燃烧三百加仑石油所得到的能量。所以,如果我们成功的话,我们终于将提供一座基本上只靠水来生产的发电站,而这时,每加仑这样的水,其价值相当于三百加仑汽油,而且每加仑这样的水,用过以后还可大部分回收。
现在,让我把裂变和聚变的优缺点和盘托出吧。上面我们讲过铀用作核燃料以后留下来的放射性尘埃,不过现在我还得补充一点,就是这两种方法都还会产生另外一种放射性物质。在铀用作核燃料时,或者在重氢和超重氢用作核燃料时,都有大量的能量以中子的形式放出。这些中子猛烈地撞进用不锈钢做成的反应堆器壁,并将它加热,于是我们将由此取得的热量产生蒸汽等等。可是,也就是这样一些中子,使反应堆器壁产生了放射性。然而,不锈钢器壁和混凝土结构中因此而形成放射性,这是不论裂变或聚变设备都会发生的问题,但是与铀燃烧时产生的放射性相比,是一个微不足道的问题。例如,在聚变发电站完成历史使命后,只要让它冷却几年,然后将有关部件取出,埋藏几十年(用不到几千年),就可使它失去放射性。这样的物质就很容易处理了。
埃米特博士,我们再回到这次谈话开始时我所引用的那个贸然轻率的结论;你看,在聚变法中激光可起什么作用?
嗯,基本上说,聚变燃料的燃烧途径不止一种。问题在于你必须使燃料上升到摄氏一亿度才能使它燃烧起来,然后你还得使这样的高温保持相当长时间,足以使燃料中有相当分量燃烧起来a第一种途径的例子是恒星。恒星以其极强大的引力场,使其中心的核燃料保持极高的温度和密度。例如,太阳中发生的情况就是这样。原子弹爆炸时发生另一种情况。在原子弹里,核燃料在一瞬间就上升到一亿度,其速度之快,使它来不及飞散就已经焚毁光了。我们现在试图用激光产生的情况,与此相似:将聚变燃料按比率缩减到针头那样大小,然后给以高温,但不是利用原子装置,而是采用激光束。我们认为,利用激光束,可使聚变燃料在十亿分之一秒内从室温上升到一亿度,并使它燃烧而迅速释放出能量。这就是激光应用于聚变过程的情况。
你们的研究工作现在已经进展到什么程度呢?
我们目前的成就,总共还不过做到能使很少量的燃料上升到大约八千万度,所以说,我们正接近我们要达到的高温。但是我们现在必定要做到的,是制取强大得多的激光束,这样我们就能使受高温的核燃料多到足以释放一些能量。就目前来说,我们给以高温的那么一点点燃料所释放的能量,实际上比射向小球的激光束中得到的能量要小。我们必须要有更强大的激光束,才能使核燃料燃烧起来,而如果我们能够做到这一点,就可得到多得多的能量。那么这样方才可以开始谈论建造发电站的事情。
确切地说,你怎样用激光束产生如此的高温呢?
这实际上要看你制取的激光束有多大。我们在利弗莫尔看到的一种设计,有二条激光束,直径达二米半,把它们聚焦到2毫米的物体上。我们目前正在利弗莫尔建造的一个研究设备中,将有一组很小的共分两束的所谓阿格斯(Argus)激光束,还有一个设备已经建成,称为希瓦(Shiva),共有二十根激光束。我们正在请求拨款,建造一个功率为希瓦的十至二十倍的激光束,称之为诺瓦(Nova)。我们认为只有采用所谓诺瓦激光束,才能证明我们的设想在实验室里是行得通的。而一旦我们的设想在实验室里得到了证明,那我们就可根据它进行设计了,但在此以前是谈不上的。
根据你的估计,这方面的实验室工作要花多少时间?还要花多少时间可使它在商业上得到应用?
我认为,如果这方面的科学家继续得到经费的话——这是从世界范围来说,不仅指美国,而且指日本、英国、俄国、澳大利亚——,我们到1983或1984年能做到第一步。至于后面的问题,就是建造这样一个反应堆的经济方面的难题了,那就是属于对此类问题解决速度起决定作用的人们的事情了。科学方面一旦获得突破以后,还隔多久我们才能加以利用,或快或慢,与其说取决于科学家,不如说要看各国政府对推行这件事的迫切感究竟如何。你知道,约翰· 肯尼迪在I960年曾经说过:“我们要在六十年代末派人登上月球。”于是我们动员全美国最优秀的理工科人才,终于在六十年代末登上了月球。
到我们证明了我们能使聚变法在实验室内得以实现以后;如果那时的美国总统肯站起来说:“我们要在十年内使核聚变法付之实用”,我们就能做到。我们需要那种承诺,但如果我们没有能得到那种承诺,那就还得再拖二十年。归根到底,这实际上取决于人民对这件事的迫切感究竟如何。
激光究竟怎样产生如此不可思议的热量呢?
那是一个很难回答的问题。现在先说一点,如果你拿一面放大镜,将太阳光聚焦在一片纸上,那么,就是从太阳上来的那么一点能量就能使这一小片纸燃烧起来。激光之令人惊奇是这样的:在用放大镜将阳光聚焦之时,可以取得太阳的一个小小像点,可以小到直径1~2毫米左右,然后不管你将透镜怎样聚焦,怎样调整焦距,总不能聚得再小了。而激光的特点是其聚光性能完美——不是像太阳那样聚光性能良好,而是完美。例如,如果你取一根直径五英寸的激光束,用一块直径五英寸的透镜将它聚焦,那么你终于获得的像点,不会像太阳光那样直径一二毫米,而会终于获得直径为一千分之一二毫米的光点,而这样的像点就要相应地热得多了。主要的区别在于激光是如此完美,以致它能完美地聚焦。正是由于这一点,我们能使激光产生这样的高温。总而言之,如果你把手放在阳光下,毕竟只是感到微热,但如果你将阳光缩小到一个小点上,你就能点燃一小片纸张。假定你能将阳光集中到比刚才讲的那一小点还要小到它千分之一的面积上,你所得到的热量会是多么巨大,我看你是能够想象得到的吧。
你能把手放在激光束前面而不感到不舒服吗?
对于有些激光束来说,你能这样,但我们现在正在制造的,却是功率极大的,甚至未经聚焦的光束都会把你的手烧坏。所以,当它们聚焦到完美的程度时,温度会高到简直不可相信,这一点你是可以想象的。
为了聚焦到你所讲到那样小的面积上,所用设备必须无比精确,激光器内镜片也该完美无缺吧。
在我们正在建造的激光器里,要用到非常多的精密光学部件:例如,在希瓦这个整套设备中,我们应用了世界各地为我们制造的各种精密光学部件和材料,共计一千七百件。我确实认为,你们真正感到奇怪的是怎样才能使如此复杂的设备做得适合于装配成一个商用发电站。我们今天所考虑的种种事情,是要做到我们所制造的器件可保证实验室里的试验进行得尽善尽美,但是同时我们还在进行某些研究,设法使这些器件的制造过程非常简化,使它们不那么复杂,能在聚光并不如此完美的条件下仍能发挥作用。实际上,你对一样东西刚进行科研时,总感到很复杂,然后,对它有所了解后,会发现比较简易。
在建造一个真正的木型发电站时,我们是不会要去射击头发大小的目标的;我们可能是要打击孩子们玩的弹子般小球,同时又因激光可做得极其强大,这样,它们就不必像现在那样聚焦得如此完美,就可取得同等的热量了。我们现在已经想出了若干种技术上解决的办法,但还没有给以证明,但我们确实认为是有办法做到的。
关于一般的电源紧张情况,大家都了解严重性,你看可否用煤来解决?这样你看有什么危险?
要采用很多煤,那会有严重危险的。现在已经有很多人死于煤矿事故,而如果我们增加煤的用量,那就势必使这方面的死亡率增加。在美国西部,我们可以用剥采法采煤——就是你们所说的那种露天采矿——那是可以用大型煤铲车开采的。麻烦的问题是,我国的露天煤矿的产地大都分布在“风吹草低见牛羊”的优美而又肥沃的牧区。我们大都不愿看到几百几百平方英里的农村牧区就这样被剥采成一片片荒芜不毛之地。
还有,如果你燃烧大量的煤,所放出的放射性物质,分散来说其分量虽小,但总起来可能比核电站放出的放射性物质要多——至少就当前来说是如此。其次,大量微尘粒子——就是说烟灰——升到大气层里,这对于人们的呼吸是不利的。当然,我们可以设法清除大气层中的烟灰,可是还有大量二氧化硫进入空气。过一个时期以后,即使我们设法对煤采取脱硫措施,还会有数百万吨二氧化硫放出。同样,还会有很多二氧化氮。除此以外,你燃烧煤时所放出的主要物质是二氧化碳,有许多人担心,如果我把所剩的全部矿物燃料(主要是煤,还有石油)燃烧掉,给大气层增添的二氧化碳,会积累得多到使地球上气候和环境起激烈变化。其后果如何,今天还没有完全了解,但我们认为这是非常严重的危险。
在美国和澳大利亚所剩的煤,够我们继续再用二百年吧,但是我们是否还该继续用那么大量的煤,我想,这是非常值得我们严重考虑的。的确,在今后二三十年内,在我们拥有替换煤和石油的燃料以前,不论它们是太阳能、核聚变燃料或别的什么也好,总得依靠煤,但是我认为,我们终究不该将这么多的二氧化碳和二氧化硫完全放到空气中去。
你好像对世界能源问题的未来并不担忧,是吗?
正相反,我对这方面的形势是很担忧的。而我之所以担忧,是因为关于这一问题,说空话的到处皆是,想实干的却绝无仅有。你要知道,大约在八十年代晚期之间——至迟到本世纪末——世界石油产量要造成供不应求的局面。可是不知怎么的,我们老是在想“船到桥头自会直,刹那时我们自然会干出点什么的。”如果我们打算解决这个问题,我们就应该今天着手解决,我们必须开始制定一些艰难的决议,例如建造多少烧煤的发电站、建造多少核电站。如果我们打算用煤、用核裂变能源,那么到底准备采用多久,心中也应有个底。例如,我们大家知道,只有三项能源几乎是取之不尽用之不竭的:第一是增殖反应堆,第二是核聚变,第三是在太空中将太阳能大规模地收集起来,然后向地面发射。现在,我们已经使世界接受了裂变反应堆的应用。我想,我们还能使世界接受煤的应用、露天剥采煤矿以及连带的一些措施。那就是说,在石油即将用完到聚变和太阳能这样用之不竭的能源开始启用之前这一段过渡时期内,我们不得不这么办,要是我们能够讲明这个时期要有多长,然后把我们的打算和办法告诉世界人民,我想,我们是能使他们接受的。
但是假使我们不着手研究高能能源——即用之不竭的能源——的选择方案,从而了解其是否可行、何时能启用以及其成本多少,那么这个过渡时期就会任意地拖得很长很长。
[Hemisphere,22卷6期6~11页]