易坊好文馆

  1. 首页 > 生活百科 >

核聚变 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？( 二 )

核聚变 核能 裂变 高温等离子体


而核聚变相对核裂变 ， 是更安全、更环保、更高效的核能利用 ， 理论上来说 ， 核聚变是没有核废料排泄和残留 ， 几乎没有任何污染 ， 且原材料易得 ， 取之不尽用之不竭 。
核聚变主要材料是氢的同位素氘和氚 ， 氘在海水里储量非常丰富 ， 约占0.003% ， 全球海水总量约134亿亿吨 ， 所含氘总量有40万亿吨之多 。 1公升的海水中含有30毫克氘 ， 核聚变所产生的能量相当汽油300升 。 这样仅地球上核聚变的原材料就足够人类使用几十亿年了 ， 而且月球上还有丰富的氦-3 ， 是核聚变更好的原料 。
核聚变质能转化率可达0.7% ， 是核裂变的5倍多 。 既然有这么多好处 ， 那为什么现在人类还不开始利用核聚变能源呢？这是由于：
【核聚变|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？】核聚变门槛高 ， 技术难题一时难以攻克 。
相比核裂变 ， 可控核聚变的发生和持续条件非常苛刻 ， 因此迄今为止 ， 虽然有所进展 ， 在实验室里面的可控核聚变时间越来越长 ， 能量的输出越来越大 ， 但要克服的技术难题还很多 ， 目前的技术还远远达不到商业化运营的需要 。
人类目前还是只掌握了不可控核聚变 ， 也就是氢弹 ， “轰”的一声能量就一下子爆发了 ， 这种能量除了破坏作用 ， 丝毫也不能用于国计民生的造福 。 可控核聚变的难点在哪儿呢？
首先核聚变必须有高温或高压 。 比如太阳核心源源不断的核聚变是在1500万度高温和3000亿个大气压下维持的 ， 在地球上 ， 人类无法制造出3000亿个大气压 ， 只能在高温上想办法 。 而核聚变单纯依靠高温 ， 需要1亿℃的温度 ， 才能够保证其持续不断的进行 。
这样更大的难题又来了：用什么容器盛装这个高温等离子体呢？要知道 ， 在地球上任何元素在几千度的高温中都会被气化 ， 而这个高温不是几千度 ， 也不是几万度几十万度 ， 而是比太阳中心温度还要高的1亿度 。
还有 ， 即便做出了这么高的温度 ， 又能够约束这个高温等离子体 ， 又怎么将这些高温形成的能量输出成为可用功呢？这就是可控核聚变必须解决的三个难点 。 简单的说 ， 就是要实现超高温 ， 并约束这个高温等离子体 ， 还要能够做出功来 。
现在实验可控核聚变实现的条件 。
现在找到的约束超高温等离子体的方法主要有三种 ， 即磁约束、重力约束、惯性约束 。 目前成功较多的实验方法是采用磁约束 ， 比较典型的就是一种叫做托卡马克的装置 ， 这种装置就是利用磁约束实现可控核聚变的环形容器 。
托卡马克装置中央有一个环形真空室 ， 外面缠绕着线圈 ， 这些线圈一通电 ， 就会在环形真空室产生巨大螺旋型磁场 ， 将其中的等离子体加热到亿度的目标温度 ， 从而达到可控核聚变的目的 。
现在世界上一些发达国家都非常重视可控核聚变研究 ， 中国也积极投身其中 ， 成为国际合作研究的重要成员 。 虽然不断有好消息传来 ， 过一段时间就有一个突破 ， 但总体上进展还是比较缓慢的 。
目前大致取得的成果为：已经获得了亿度高温 ， 而且约束这种高温等离子体从几个毫秒 ， 到现在最长可以维持1000秒 ， 从过去输入大于输出 ， 现在能够输出大于输入 ， 也就是可以做出功来 。 这些进展已经是本质上的突破 ， 证明了可控核聚变是可行的 。
人类对能源能量的认识还任重道远 。
有科学家估计 ， 人类要真正的实现可控核聚变商业运用 ， 还需要30~50年的努力 。
到了真正可控核聚变成为社会主要能源的时候 ， 已经担忧了100年的能源危机就能够得到缓解 ， 甚至可以说 ， 人类在一个相当长的时期内 ， 已经没有了能源危机之忧 ， 人类文明将提升到一个新的层次 。
这就是已经掌握了可控核裂变 ， 还要继续研究可控核聚变的原因 。 而且可以预见 ， 即便掌握了可控核聚变 ， 人类质能转换的能力还是很低等的 ， 因为质能转换率只能够达到0.7% ， 还有99.3%的质能转换空间没有认识和开发 。
而且人类随着文明程度的提升 ， 对能源的需求将会成指数级增长 。 从本质上说 ， 只有反物质湮灭 ， 才能够达到100%的质能完美转换 ， 这期间还有99.3%的阶梯需要我们去攀爬 。 因此人类即便掌控了核聚变 ， 也还有更高层次的能源利用需要去开发 ， 人类只要存在 ， 攀爬就永无止境 。
就是这样 ， 欢迎讨论 ， 感谢阅读 。
时空通讯原创版权 ， 侵权抄袭是不道德的行为 ， 敬请理解合作 。

推荐阅读


上一篇： 2013年陨石在空中被不明飞行物击穿，是谁在暗中保护地球？

下一篇：基因 为什么人类可以制造芯片、利用核能、发明智能机器人，却不能制造一片树叶和一粒米？