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人类已经可控核裂变了 , 为什么还要研究核聚变 , 是还不够用吗?
简单的说 , 就是可控核聚变比可控核裂变厉害多了 , 好处多多了 。 而且可控核裂变无法从根本上解决人类发展进程的能源危机 , 只有可控核聚变才能够真正解决这个发展瓶颈 。
人类对能量的认识和利用是逐步推进的 。
在猿人时代 , 人类的祖先们茹毛饮血 , 连最基本的能源都不知道 。 当雷击引发山火 , 猿人们从最开始的害怕敬畏 , 到拣拾品尝到火中烧烤的野味美味 , 对火渐渐有了认识 , 开始知道燃烧的害处和好处 , 从此开始了人类对能源的认识利用之旅 。
千百年来 , 人们从烧柴草煮饭 , 到烧煤获取动力 , 再到燃油时代 , 标志着人类从古代的柴草时代跨入了石化时代 , 人类文明开始从蛮荒黑暗迈进现代光明阶段 。 随着社会发展 , 人类对能源的需求量越来越大 , 而煤炭、石油等资源都是不可再生资源 , 这些资源都是经过亿万年的地下演化才形成的 , 储量是有限的 , 用一点就少一点 , 在一个相当长时期是无法再生的 。
这样人类能源危机不断的加大 , 对发现和开发新的更高效能源要求越来越迫切 , 而爱因斯坦的质能方程理论应运而生 。
质能方程为人类开启能源宝库提供了一把金钥匙 。
爱因斯坦狭义相对论最伟大的发现之一就是质能方程 , 这个理论对质量的属性进行了新的探讨和定义 , 在人类发现质量守恒的基础上 , 进一步推演出了质能守恒定律 , 指出在一个孤立系统中 , 所有粒子的相对论静能与动能之和在相互作用中保持不变 , 物体的质量就是所含能量的量度 , 质量和能量可以等价互换 。 从此 , 质量与能量有了确定的当量关系 。
这个关系的表达式就是著名的质能方程:E=MC^2 。 这里的E表示能量值 , 单位J(焦耳);M表示质量 , 单位kg;C为光速 , 精确值为299792458m/s(米/秒) , 一般取值为300000000m/s 。
这个公式的意思是 , 一切物质的质量中 , 都包含着同等的能量 , 质量相等的物质 , 所蕴含的能量是等价的 。 也就是说1kg白菜和1kg黄金的质量中所包含的能量度量是一样的 。
那么1千克物质等量有多大呢?根据质能方程计算可得:
E=1kgx(300000000)^2=9x10^16J
1千克物质如果全部转换成能量 , 可得9亿亿焦耳的能量 , 相当于250亿度电 , 或者约2151万吨TNT黄色炸药 , 也就是21枚百万吨级核弹爆炸威力 。
核能源时代来临 , 质能利用率得到巨大提升 。
人类发现了质能转化规律后 , 开始从石化时代走向核能利用时代 。 在石化时代 , 能源的利用转化率是非常低下的 , 1kg煤产生的热能只有29000000J , 根据质能方程倒算 , 质能利用率只达到0.000000032%;1kg石油产生的热能只有41870000J质能利用率只约0.000000047% 。
二战催生了原子弹 , 开启了核能利用的新时代 。 原子弹是核裂变不可控的利用 , 一经激发 , 就瞬间释放 。 在广岛爆炸的原子弹 , 装药只有几十公斤 , 却达到了13000吨TNT炸药的爆炸威力 , 这是因为在亚原子层次 , 在核子的链式反应过程中 , 有0.13%的质量会转化为能量 , 质能利用率比煤要高出了400多万倍 , 比石油高出了276万倍 。
但原子弹的能量释放一瞬就没了 , 而且只能够起到破坏作用 。 科学家们通过不懈努力 , 发明制造了反应堆 , 这些各式各样的反应堆能够使原子核裂变变得慢下来 , 人们就可以利用这些裂变过程中产生的能量来造福社会了 。
一个和平利用核能的时代就到来了 , 最常见的可控核裂变利用就是现在遍布全球的核电厂 。
但核裂变的效率比核聚变要低 , 且有诸多限制 。
这些限制包括 , 核裂变所需矿产资源储量有限 , 开发提纯工艺要求高 , 难度大 , 且放射性污染大 , 废料难以处理 。 在核发电站还频频发生了核泄漏事故 , 如1986年前苏联的切尔诺贝利核电站事故 , 2011年日本福岛核电站事故等 , 全世界的核泄露事故已经发生数十起 , 给环境和人类造成很大损害 。
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