瘾科学：无中子核融合

因为核融合那篇出乎意料之外的热门，而且很多人都有提到钢弹里的氦3 - 氘反应和「米诺夫斯基物理学（呃...）」，所以小姜就特地查了一下数据。看看这两者有没有科学真实性的存在。显然的米诺夫斯基粒子（和延伸而来的 I-Field、米加粒子）完全是虚构的，但氦3 - 氘反应却是非常真实的一个存在，是几种称为「无中子核融合（Aneutronic Fusion）」反应中的一种。先前提到过最容易实现的 D-T 反应和 D-D 反应的产物中都有中子，因而各有各的安全顾虑 -- D-D （氘-氘）反应会产生中子轰炸周围的材料，使周围的材料幅射化，而 D-T （氘-氚）反应除了同样会产生中子之外，氚还有幅射性。相较之外，无中子核融合追求的是不仅原料没有幅射性，反应本身也不会产生中子，成为完全「干净」的核融合。

然而，美好的事物通常只存在于纸上...氘-氦3 反应

D + ³He ->⁴He + p

这就是先前提到的氘+氦3 -> 氦4 + 质子的反应。质子带正电，所以会被限制在电磁场内，不会四处乱轰炸周围的材质，氘、氦3 和氦4 也都是无幅射的物质，所以看起来很干净。可惜的是，因为氘-氦3 反应的温度比 D-D 反应高，所以做为氘-氦3 反应原料的氘会有一部份自行先进行融合，放出中子。这个比例可以控制在几个百分点之内，但却不能完全根除，所以其实氘+氦3 反应并不是完全干净的。

但终究它是比单纯的 D-D 反应或 D-T 反应要干净多了，而且还有几个额外的好处：首先，它反应产生的质子可以用非热力的方式发电，能量转换效率可能达到 70%（以热推动蒸汽机最高约 35%）。其次它产生的能量还不错，以 100% 的能量转换效率之下，6g 的氦3 和相对应量的氘反应，可以产生约 1000 MW-h 的能量。最后，它需要的反应条件虽然高出其它几种无中子核融合甚多，但还在发展中的磁力型和激光型核融合反应炉的能力之内，或许不用像 p-¹¹B 反应那样还要发展新技术。因此许多人认为这是个不错的第二代技术，在真正的无中子核融合出现前垫一下档。

氦3 从哪来？

氦3 的来源有几个。地球上的自然氦3 少得可怜，地壳中含有的氦本来就不多，而氦3则大约只占氦总量的五十万分之一，直接从土里开采根本不合算。天然气中也有氦，而且其中 氦3占的比例比较高，但就算全美国的天然气储存加起来，或许里头只有 10~100kg，可能供应一座 1000 MW 的发电厂运转一年都不够（24hr x 365 天 x 6g x 1.42 约等于 75 公斤）。因此想要取得氦3只能用人造的，或是寻求地球以外的来源。

人造的方法，就是等待氚自然衰变，或是用中子轰炸锂、硼、氮等元素。然而，当初改用氦3，就是为了避免使用氚的危险，这下子又绕回来了，何苦呢？何况氚的来源也不是那么丰富。至于用高能中子轰炸元素，除了过程本身会耗去大量的能量外，又会产生一堆受到中子轰炸而产生的幅射废弃物，所以人造这条路似乎也不是很可行。

最后，只好前往外层空间挖啦。月球是首选（！），因为月球表面累积有数十亿来随着太阳风而来的氦3 ，含量高的地方每 100 吨里可能有 15g（15 ppb），存量少的地方则可能只有 3g。但因为整个月表都有，所以可开采的总存量大约在 250 万吨之普，够地球人用很久，很久，很久。但是以目前的技术上月球开采并不实际 -- 太贵，也太大工程了。更进一步的可能性，是前往太阳系里的大号行星 -- 木星、土星等开采，不仅含量更高，开采也更容易。只是要将氦3 从重力井中拉出来要大量的能量，也不一定符合经济效益。

几种无中子核融合反应

除了氘 - 氦3反应之外，还有许多种其它的无中子核融合反应，但大多都有各式各样的困难。如果能以氘 - 氦3反应为跳板，取得稳定的氦3 来源的话，那 ³He+³He -> ⁴He + 2p 是很合理的下一步。这个反应有 氘 - 氦3 反应的所有优点，而又没有氘 - 氦3 放出中子的缺点。另一种可能的反应是两个反应的连锁，分别是 p+⁶Li ->⁴He + ³He 和 ³He + ⁶Li -> 2⁴He + p。总合下来两个反应会消耗 ⁶Li、产生 ⁴He，但科学家的计算是即使两个反应互相提供原料给对方，对减低反应所需温度的帮助还是有限，所以恐怕也是此路不通。

最后有两种质子和较重的原子核的反应 p+⁷Li -> 2 ⁴He 和 p+¹¹B -> 3 ⁴He。两相比较，前者的排斥力比较小，但后者的目标比较大，比较容易被质子命中，最后算下来还是后者比较容易（所以在第一篇是这写这个）。只是这个「比较容易」完全是相对而言的，和 D-T 反应比起来，p-¹¹B 反应需要的能量太高了，光温度估计就要摄氏 66 亿度，约是 D-T 反应的十倍。而且，以产生的能量来算，p-¹¹B 反应只有 D-T 的 1/3，所以要让反应能持续进行，势必要更好的能量保存机制，现有的磁力限制和激光压缩式核融合会让太多能量以废热和高能射线的形式散去，因此不足以进行 p-¹¹B 反应。要达到完全干净的核融合还真是困难啊！

结语

再一次的，看似疯狂的卡通科学背后，其实背后是有其真实性的。或许这就是科幻引人入胜的地方吧！无中子核融合和普通核融合相比，是更遥远的未来，需要更多新的技术和大量资本的支持。但和普通核融合一样，这是人类总有一天势必要前进的方向。为了经济地上月球采矿，我们势必要建造一系列的太空电梯、太空站、短程货物运输宇宙飞船、月球采矿基地，最终，永远的月球住人基地。如果只是单纯为了「前进太空」而计划月球基地，那最终大概只会像阿波罗计划一样因经费不足而告终，但如果是为了人类未来的能源，那大概就会成功了吧 XD。

真期待有去月球基地玩的一天...

[Satan_L5 @ Apr 15th 2009 9:07PM]

好文! (*´・З・`).™

[aziv @ Apr 15th 2009 9:11PM]

嗯，不错，唯一的缺点就是我们没指望能看到那一天了

[lan @ Apr 15th 2009 9:42PM]

同感...估计到那一天...都变黄土了...偶....

[轩轩 @ Apr 15th 2009 9:50PM]

楼上的，有啥可悲观的？咱来个人体冷冻技术，穿越时空啊！

[Satan_L5 @ Apr 15th 2009 10:09PM]

等挣够冷冻到那天的钱都成沫了 (*´・З・`).™

[RONIN @ Apr 15th 2009 9:53PM]

后几个轮回再去月球玩吧

[Eison @ Apr 15th 2009 9:58PM]

我关心运行中怎么换燃料的问题……嘿嘿
不是有吸收中子的材料么？围在磁力线外面行不行呢？
再用冷却材料来带走上述材料的热量去发电……

[hzhbest @ Apr 15th 2009 10:48PM]

希望总是有的，但以人类目前消耗资源的速度和利用太阳能的科技的发展速度来说，很难乐观起来……

[林大仁(大人)，这名字好~ @ Apr 15th 2009 11:21PM]

？？？？？？？？What should I do？

[Orion @ Apr 15th 2009 11:48PM]

很好很强大。

[瘾土豆儿 @ Apr 16th 2009 1:09AM]

也就是说让高达飞起来是基本不可能了，而开发高达再送到月球开采3He似乎也不合逻辑。
记得高达里是先让扎古类携带火箭发射到月球的，然后才有的核引擎。

[LOONG @ Apr 16th 2009 1:02PM]

梦想+理论=无法实现

[Ganky @ Apr 17th 2009 5:51PM]

哈哈……一针见血，痛……

[Rie @ May 1st 2009 10:56PM]

受教了，十分感谢