7月3日至9日是全國(guó)核應(yīng)急宣傳周，旨在提高公眾對(duì)核安全的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)核應(yīng)急意識(shí)。說(shuō)到核，不妨先從原子的結(jié)構(gòu)說(shuō)起——如果將一個(gè)原子的大小比作一座足球場(chǎng)，那么原子核就相當(dāng)于其中一只小螞蟻，但可千萬(wàn)別小看它。

如果用一個(gè)中子去轟擊原子核，它會(huì)瞬間發(fā)生裂變，同時(shí)釋放出驚人的能量。舉個(gè)直觀的例子：1千克鈾-235（U235）完全裂變產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所釋放的能量。這樣巨大的能量該如何被人類合理利用？一個(gè)微小的原子又能怎樣為解決全球能源問(wèn)題貢獻(xiàn)力量？

在福建福清，我親眼見(jiàn)到了我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“華龍一號(hào)”核電站。在它那標(biāo)志性的藍(lán)色堆芯里，正發(fā)生著奇妙的能量轉(zhuǎn)化：熱中子持續(xù)轟擊U235原子核，促使其裂變釋放能量，這些能量先轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最終變成清潔的電能，源源不斷地輸送到千家萬(wàn)戶。這種利用熱中子驅(qū)動(dòng)核裂變的反應(yīng)堆，被稱為熱堆。

熱堆所使用的燃料U235是取之不盡的嗎？答案是否定的。實(shí)際上，天然鈾礦中U235的含量?jī)H占0.7%，就像一串葡萄里的葡萄皮那樣稀少，其余絕大部分都是鈾-238（U238）。有趣的是，熱堆的“胃口”很特別——就好比吃葡萄時(shí)只啃葡萄皮，卻“吃不下”葡萄肉（U238）。據(jù)測(cè)算，按照目前的消耗速度，全球已探明的U235資源僅夠人類使用80年左右。

有沒(méi)有一種反應(yīng)堆，能夠做到連葡萄帶皮一起“吃”呢？

在北京房山腳下的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆，采用快中子引發(fā)核裂變反應(yīng)的技術(shù)原理，能夠有效利用此前難以發(fā)揮作用的U238。這一突破使鈾資源的利用率提升至60%以上，按照當(dāng)前的能源消耗水平測(cè)算，其產(chǎn)生的能源可供人類使用上千年。

正如古人所言“朝菌不知晦朔，蟪（huì）蛄不知春秋”，即便以千年為計(jì)，看似已足夠漫長(zhǎng)，卻依然無(wú)法丈量人類思想的邊界——從東方逐日的夸父到西方盜火的普羅米修斯，人類對(duì)太陽(yáng)的探索與想象從未停歇，而太陽(yáng)源源不斷的能量，正源于其核心的核聚變反應(yīng)。更重要的是，核聚變堪稱“完美能源”：它的原料在自然界中幾乎取之不盡；反應(yīng)過(guò)程中不產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，也不會(huì)留下長(zhǎng)壽命的放射性廢料。正因如此，它被視作人類擺脫能源困境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理想方向，承載著人類對(duì)清潔能源的終極想象。

人類能否在地球上“種出”太陽(yáng)？在位于四川成都的中核集團(tuán)核工業(yè)西南物理研究院，我國(guó)規(guī)模最大、參數(shù)最高的托卡馬克裝置——“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”赫然在目。它通過(guò)磁場(chǎng)構(gòu)筑一個(gè)“無(wú)形的籠子”，將帶電的等離子體束縛在磁場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生聚變。但這個(gè)“磁籠子”的建造絕非易事：它需要在極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，耐受超高溫與巨大壓力。

不過(guò)，好消息已經(jīng)傳來(lái)：今年，“中國(guó)環(huán)流三號(hào)”在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)了一種先進(jìn)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著我們向可控核聚變又邁出了全新一步。

從“兩彈一星一艇”筑牢共和國(guó)的安全屏障，到全球熱堆中的佼佼者“華能一號(hào)”；從可作為千年能源支柱的快堆，到承載著億年能源夢(mèng)想的“人造太陽(yáng)”，我國(guó)的核能發(fā)展之路，既充滿浪漫的理想主義色彩，又貫穿著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦硇跃瘛＿@條道路雖充滿挑戰(zhàn)，卻始終朝著目標(biāo)堅(jiān)定前行，這正是我國(guó)“熱堆—快堆—聚變堆”的核能三步走戰(zhàn)略。

（作者閆曉鈺系中核集團(tuán)中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院助理工程師）

來(lái)源: 科普時(shí)報(bào)