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普罗米修斯之火:核裂变和核聚

(从“美国应加入新丝路 : 汉密尔顿对经济振兴的愿景”摘录)

美国需要更多的电力!单是发展全国高速铁路系统,就需要在全国增加为数庞大的电力,预计需要50万千瓦电力启动这种先进运输系统(初步估算要增加约5%的电力生产)。再加上一个恢复和扩大生产基地的能量,并提供开发新的水力资源(以及更换已达寿命末期的旧电厂)的电力。总之,这一切同时需要大规模建设核裂变电力,与发展融合电力的应急计划。

所需工厂的确切数目取决于每个工厂的设计和容量,总数应该是在几百个之内。

以增加的电力启动国家高速铁路网,会减少我们人员和货物运输所需电力对石油的依赖。这是经济增长的自然过程,就和能量通量密度增加时所测量的结果一般。

能量通量密度

经济增长和人类进步,一直都与能量通量密度全面增加的过程有关(以人均和国家经济领域每平方公里的总功率计算)。更精确的测量包括聚焦于,定性相移与过渡到物理化学的新领域──典型的从化学的电力形式转变为核形式。

美国的历史很清楚的显示了这一现实。从美国立国到1970年代初期,全国人均电力全面增长,由转换较大的能量密度(每单位重量的燃料有更多的能量)燃料来源支撑,并通过高能量-通量密度(经由相关的生产过程使每单位面积有更多的能量流)的过程释放出新的需求。随着1970年代英国马尔萨斯零增长政策的窜起,这种增长停止了,一般美国人民的生活条件不但停滞也开始下降。如果自然增长的过程持续结合核电的全面发展──如肯尼迪总统官方曾经预测的──我们今天就会有更富足的电力与丰盛的经济,很容易就能够支撑目前基础设施所需的水平。

今天的电网只须根据美国的先进高速铁路系统类型所需电力征税的事实,只是强调了过去几十年的政策失败的现实,以及发展核电以克服这种损失所需的主要驱策力。

核分裂

单一铁路车辆的铀核燃料可以提供一列运煤货运列车从加州圣地亚哥到俄勒冈州边界的所需的能量。这是反映核反应在化学反应的巨大质的进步。

虽然裂变电力已经提供了世界上最安全的电力来源(不同于流行的观点,核电造成的死亡人数远比其他能源少得多),对核裂变发电系统的一系列新设计已经足以进一步提高核电。小型模块化反应器的设计可以提供快速大量生产的好处。全新第四代系统提供更高的效率和安全性。增殖反应堆可以确保充分利用整个燃料循环,现在认为是核”废料者”也成为额外的燃料。(除了当前的铀燃料循环)也有可能开发钍燃料循环。所有这一切都只是等待实现和开发。

核熔解

同时,充分开发核裂变的能力后,发展核聚变发电的应急计划将确保下一次能量通量密度的飞跃。由于巨大的资金不足(与融合预算一致的幅度都低于所需的水平),美国核聚变发电的发展长期以来都一直被推迟。经过大家的通力合作,一个正常运作的示范聚变电厂可能只是落后10到15年。

即使是最小的支持,进度缓慢却稳定,国际热核实验反应堆(ITER)在欧盟、印度、日本、中国、俄罗斯、韩国和美国之间的共同努力下,正在法国兴建。ITER不是设计来发电,一旦它在2020年代后期上线时,预计将产生比投入能量十多倍的能量。

此外,中国和韩国有有很强的意愿,也雄心勃勃的想要完成国内核融合计划。他们追求各种类型的设计,并开始兴建聚变发电示范系统,电网完全有能力输电。另外,全美国有一些人私下努力专注于开发产生受控核聚变反应(这项设计是美国政府在1970年代放弃的计画)的新方法。

核平台

虽然对不同的系统(核裂变和核聚变)有许多详细的资料可以谈,但是必须强调的是,他们是一个过程的不同面相:藉由核领域提供的能力全面发展。这才是真正全新水平的物理化学(包括低能量核反应的先驱领域)。这不仅是提供有效的无限动力(当然这本身非常重要),而且还开启了加工原料的新方法,创造新的资源基地,以新方法制造、创造新材料。藉由控制原子核,人类与星空的动力有可能达到全新的水平。

依能源的来源分析美国1780年至2010年人均最大可用功率总和。两项预测表明,美国的进程有能力也应该持续的健康成长。曲线A是1962年肯尼迪政府以即将扮演重要角色的核裂变动力为主的预测。曲线B是一旦发展核聚变,肯尼迪追求的愿景实现时的可能演变(1970年实现的可行性)。资料来源:美国能源部,2011年度能源报告;原子能委员会,民用核能:1962年提交总统的调查报告