原標(biāo)題：為什么核裂變易于控制而核聚變很難？

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　　我懷疑絕大多數(shù)人在閱讀關(guān)于核聚變的文章時(shí)，比如最近在《時(shí)代》雜志上刊發(fā)的一篇關(guān)于新成立的通用聚變公司（General Fusion）的專(zhuān)題中，人們多半只是關(guān)注了“核能”的部分。

　　德國(guó)馬普學(xué)會(huì)等離子體物理研究所的核聚變裝置Wendelstein 7-X仿星器。

　　圖片來(lái)源：DPA/ALAMY

　　而實(shí)際上，核聚變與核裂變相差甚遠(yuǎn)。讓我們回顧一下這兩者的異同點(diǎn)。

　　質(zhì)量化為能量

　　假設(shè)我有200萬(wàn)美元，當(dāng)然，這只是假想情況。出于某些考慮，我決定將這筆錢(qián)存到兩個(gè)獨(dú)立賬戶中。存完錢(qián)之后，我發(fā)現(xiàn)每個(gè)賬戶的金額都只有999999美元。是的，有2美元憑空消失了！可能作為交換，這消失的2美元給我?guī)?lái)了滿滿的能量。那樣或許也行。

　　核裂變反應(yīng)中發(fā)生的情況也是這樣。如果你觀察一個(gè)原子，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它由3種粒子構(gòu)成：電子、質(zhì)子和中子（氫原子不含中子）。原子核中的質(zhì)子數(shù)告訴我們?cè)撛拥脑胤N類(lèi)（氮的質(zhì)子數(shù)為7，銀的質(zhì)子數(shù)為47）。原子量則等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的和。鈾235含有92個(gè)質(zhì)子（這是鈾元素的本質(zhì)屬性）和143個(gè)中子（因?yàn)?35-92=143）。哈哈，下次聚會(huì)上你又可以多聊兩句了。如果兩個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，那它們是同位素（如氕和氘）。

　　我們回到核裂變上，這部分有些瘋狂。如果鈾235裂變?yōu)閮蓚€(gè)碎片，那么你會(huì)得到氪92、鋇141和兩個(gè)額外的中子。如果將所有的中子與質(zhì)子都考慮進(jìn)來(lái)，這看起來(lái)似乎也很正常。如果你將最初的鈾與最終的所有裂變碎片的質(zhì)量相比較，將會(huì)發(fā)現(xiàn)有些質(zhì)量消失了。原有的質(zhì)量超過(guò)了反應(yīng)之后的質(zhì)量，這確實(shí)有些匪夷所思。是不是有點(diǎn)像將2百萬(wàn)美元均分兩份最后卻少了2美元？其實(shí)能量并沒(méi)有真正消失——它只是轉(zhuǎn)化為其他形式的能量了。沒(méi)錯(cuò)，我們可以將質(zhì)量視為一種能量，這也正是著名的愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程所要表述的。

　　在上面的表達(dá)式中，E是等效能量，m是粒子質(zhì)量，c是光速（常數(shù)，值為2。99×108m/s）。由于這一比例常數(shù)數(shù)值極大（還要平方），極小的質(zhì)量也會(huì)有巨大的能量。這些質(zhì)量變化帶來(lái)的能量可以用在哪些方面呢？顯然，可以用來(lái)加熱水并提供蒸汽。這就是核裂變反應(yīng)堆通常所做之事——它們提供蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電，如同一個(gè)燃煤電廠，只是不用煤罷了。

　　上述例子考慮的是當(dāng)你將某物分開(kāi)時(shí)質(zhì)量的變化。若將氫與氘（氫的同位素，中子數(shù)為2）結(jié)合成較重原子核，同樣也發(fā)生了質(zhì)量變化。若輕元素融合，產(chǎn)物質(zhì)量少于初始原料，這一過(guò)程也釋放出能量。因此，重原子裂變產(chǎn)生能量（核裂變），輕原子聚變也產(chǎn)生能量（核聚變）。

　　為什么核裂變優(yōu)于核聚變？

　　相對(duì)來(lái)講，核聚變相當(dāng)困難。這一過(guò)程不需要中子轟擊原子核啟動(dòng)反應(yīng)，而需要使兩個(gè)帶正電的原子核距離足夠近而發(fā)生融合。由于原子核并不含有電子，它們帶正電且相互排斥。這意味著，原子核的能量必須非常高才能克服庫(kù)侖力作用發(fā)生核聚變反應(yīng)。不言而喻的是，高能粒子就是問(wèn)題之所在。這也是核聚變反應(yīng)困難而核裂變相對(duì)容易的原因（實(shí)際上也有些難度）。

　　與核裂變相比，核聚變又好在哪里呢？

　　核裂變反應(yīng)堆也有諸多依然懸而未決的問(wèn)題。首先，反應(yīng)原料的問(wèn)題。我覺(jué)得Marty McFly在《回到未來(lái)》中提到钚的時(shí)候，就很好地闡釋了這一點(diǎn)：“博士，你不可能走進(jìn)一家商店買(mǎi)些钚。難道是偷來(lái)的嗎？”

　　核裂變反應(yīng)的原料并非隨處可得。事實(shí)上，如果你要找尋一些天然钚，那你將一無(wú)所獲。人工合成钚是唯一的方法。核裂變的另一個(gè)問(wèn)題是反應(yīng)產(chǎn)物。在核裂變反應(yīng)之后，剩余的原料不但具有放射性，化學(xué)性質(zhì)也很活性，很難處理。

　　核聚變則能解決上述的核裂變中產(chǎn)物與原料的問(wèn)題。核聚變反應(yīng)的原料更為簡(jiǎn)單，雖然氘也不那么輕易可得，至少你無(wú)需自己制備它。聚變之后，將會(huì)生成氦4或氦3。想想這些氦氣能讓你充多少個(gè)氣球吧?。ㄗ模篟hett Allain 翻譯：徐麗 審校：胡家僖）