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核聚變有多誘人?科學家:0.6噸核聚變燃料,相當于200萬噸優質煤
2021/09/07
2021/09/07
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

從人類祖先從樹上下來開始直立行走,到發射火箭把宇航員送上太空和月球,在這幾十萬年裡人類對能源的使用方式幾乎沒什麼改變。

不論是古代的鑽木取火還是柴草煤炭,還是近代以來的石油和天然氣,這些能源本質上都屬于化學能,都是通過破壞燃料的化學鍵來獲得能量,電能的產生更是通過簡單粗暴的 「花式燒開水」來實現的。

直到核能的被發現和利用,人類才算又打開了一扇能源之門,而且這道門裡的能量密度, 是化學能的上百萬倍

因為相比分子層面化學鍵的斷裂,紮根于原子層面的核能,釋放的能量更加徹底,但人類目前掌握的可控核裂變技術,還只是入門級別的核反應,能量釋放遠超核裂變的核聚變,才是核能真正威力的體現。

此刻天空中的太陽就是最好的例子:它靠著內部氫元素核聚變的能量,已經釋放了50億年的光和熱了。

如果人類掌握了可控核聚變技術,就相當于自己製造了一顆太陽,靠著它帶來的無盡的光和熱,可以釋放近乎無限的電能, 永不枯竭的可控核聚變小太陽,將成為未來太空開發和星際航行的必備能源。

核聚變的能量密度究竟有多大?

舉例來說:目前傳統的火力發電站,如果年發電量是100萬千瓦的話,大約要耗費200萬噸煤來燒開水,同等發電量的情況下,核裂變發電廠需要30噸核燃料來燒開水,但如果是核聚變發電廠的話,只需要0.6噸聚變燃料,就能實現發電100萬千瓦的目標。

地球海水中的氫元素,以及氫元素的三種同位素氕氘氚,都能作為核聚變的燃料,而且每升海水中就含有 0.03克氘,在全球海洋儲水量高達 13.8億立方千米的情況下,其中蘊含的聚變燃料足夠人類文明揮霍數萬年,不但能從根本上解決能源問題,而且還能避免對地球環境的污染。

甚至在能源空前富裕之後,無線供電過程中產生大量損耗也許都能被接受,屆時整個地球都將籠罩在電能場中,電將和空氣一樣無處不在,任何用電的設備都能隨時接收到電力,再也不需要充電。

但比地球海洋中的氫更適合做核聚變燃料的, 是遠在38萬公里外的月球氦3,現在各國去月球的目的,也基本都是為了它。

因為氦3在核聚變過程中不會產生任何輻射,且僅在月表的月壤中就有超過 100萬噸氦3,未來不管是運回地球補貼家用,還是直接在月球上建立核聚變發電站擴大月球基地,都需要大規模開採氦3。

《鋼鐵俠》中安放在主角胸口的方舟反應堆,在背景故事裡也屬于核聚變反應堆,但不同于氫彈和太陽這樣的熱核聚變反應,鋼鐵俠的方舟反應堆屬于「冷核聚變」,也就是一種在常溫條件下就能實現聚變能量釋放的技術,屬于地地道道的「黑科技」。

從上世紀50年代提出可控核聚變以來,這項技術就有了一個 「50年魔咒」

因為每次問「什麼時候實現可控核聚變?」

得到的回答都是「50年後」

雖然現在合肥中科大的 「中國太陽」可控核聚變裝置,已經實現了1億攝氏度情況下穩定運行100秒,其他國家的可控核聚變技術也在進步,但它們都有一個致命的弱點, 那就是輸入的能量遠大于輸出的能量,現在最好的實驗資料,也僅僅是輸出的能量略小于或者相等于輸入的能量。

這個弱點或者說缺點,決定了目前的可控核聚變技術無法投入實際應用,考慮到核能的能量密度,只有當輸出的能量10倍甚至20倍超過輸入的能量時,可控核聚變技術才算成功,人造太陽才能成為現實。

如果在下一個50年裡,可控核聚變真的能成功的話,人造太陽的能量肯定會被首先應用在火箭和飛船上,到時候只需要很少的核燃料,就能把體積巨大的火箭和飛船送上太空,速度也將達到千分之一甚至百分之一光速。

人類文明燦爛的未來,也將被可控核聚變發出的光點亮。

 

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