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目前 , 世界能源会议统计:地球上的化石能源 , 满足人类的使用时间如下 , 石油不足40年 , 煤炭仅够100年 。 化石能源日近枯竭 。 无数人都在思考 , 当石油、煤炭、天然气用完 , 我们人类又该怎么办?
目前 , 地球文明在宇宙中尚处于0.7级 。 科学家表示:提升文明的首要条件 , 便是彻底解决能源危机 —— 完全掌握可控核聚变 。 很多影视剧中 , 掌控可控核聚变 , 是人类迈向星辰大海 , 建造宇宙飞船的必经之路 。
2010年以来 , 世界各国核聚变反应堆捷报频传 , 可科学家为什么总是在说 , 还需要50年才能完全实现?目前 , 我国的可控核聚变到底发展到哪个阶段?距离实用、商用 , 到底还有哪些问题有待解决呢?今天 , 我们一次性讲清!
1905年 , 爱因斯坦完成了他的著作——狭义相对论 , △ E=(△m)c^2这一方程横空出世 。 在方程中 , 大家了解到:质量很小的物体可以释放巨大的能量 , 俗称板凳炸地球 。 可到底应该怎么做 , 才能释放物质中的巨大能量呢?
核反应都会造成质量亏损 , 这些损耗的质量 × 光速的平方 = 释放的能量 。 众所周知 , 核裂变必须是异裂变的重元素 , 整个元素周期表 , 只有铀、钍、钚这三种元素符合要求 。 但 , 这三类元素自然界含量极少 , 并且核裂变会造成大量污染 。
因此 , 核裂变不是我们人类的理想能源 。 但是核聚变恰恰相反 , 除了难以控制这一唯一缺点 , 几乎一切都是完美的 。 核聚变的材料是轻核子 —— 氢的同位素氘、氚完全符合条件 , 而这两种元素依靠电离水设备就可制取 。
现有研究数据表明:仅海水中就储藏约40万亿吨氘 , 1升水可以电离 0.03g的氘 。 仅这0.03g的氘反应释放的能量 = 燃烧 300L的汽油 / 燃烧336 kg的煤 。 同理推算 , 地球海水中的氘释放的能量 , 足够全人类使用上亿年 。
目前 , 电离 1g 重水的成本为7元 。 1g 重水发生核聚变反应 , 产生相当于800万度电的能量 。 按照民用电 , 1度/ 0.6 元计算 , 1g 重水产生的电量 , 约合480万人民币 。 那这么节能的技术 , 为什么不能投入使用 , 却一直号称需要等待 50年呢?
这就不得不提到一个令人十分沮丧的事实 , 我们在可控核聚变的研究上一直没有取得突破性进展 。 因此 , 科学家只能给大家一个模糊的时间节点 。 众所周知 , 人造核聚变反应 , 是模拟恒星内部氢元素核聚变反应释放能量的过程 。 因此 , 可控核聚变也被称为人造太阳核聚变 。
人造太阳的原理:两个轻原子核融合在一起 , 形成新的原子核 , 并释放中子和能量 。 原子包含带正电的原子核、带负电的核外电子 。 因此 , 两个轻核原子进行核聚变前 , 一般把核外电子剥离 , 就剩下两个带正电的原子核 。
众所周知 , 电荷同性相斥 。 因此 , 两个带正电原子核 , 即便靠近也会因为库伦力被推开 。 要想核聚变 , 就需要它俩不光靠近 , 还得粘合在一起 , 让它的质子、中子相互作用 , 从而合成新原子 。
到此 , 究竟如何让原子核粘合在一起 , 产生新的原子?科学家给出了答案:高温!我们都知道 , 温度可以反映微观粒子运动的剧烈程度 。 粒子的运动越剧烈 , 温度越高 。 引爆氢弹需要极高的温度 , 所以氢弹里面都有一枚小型原子弹 , 作为点火装置 。
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