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说说可控核聚变和中国2019iyiou

2019年05月14日 栏目:美食

说说可控核聚变和中国其实真要用语言来描述核聚变,那也并不复杂 几个小的原子核合并成为一个大的原子核,这就叫聚变了。反之,就是核裂变。因为

说说可控核聚变和中国

其实真要用语言来描述核聚变,那也并不复杂 几个小的原子核合并成为一个大的原子核,这就叫聚变了。反之,就是核裂变。因为原子核中蕴含着巨大的能量,这种变化引发的中子和电子的释放也就表现为巨大能量的释放。因为其原理和太阳发光发热的原理很相似,所以我们在了解它的时候也经常能看到诸如 人造太阳 技术获得突破 这样的文字。

那么这个 巨大能量 究竟有多么巨大呢?一般来说人们希望能用氘、氚这样的轻原子核结合成氦这样的重原子核。30毫克的氘通过聚变可以产生相当于300升汽油的热能,1千克氘就足够让千家万户用电了。可见,核聚变能够产生的能量是何等巨大。

更重要的是,氘这种东西可不怎么稀罕,从水里头就能够提取出来了。不往远处看,海水就是提取氘的主要源头。这样也就是说,只要我们能够掌握核聚变技术,就几乎有了取之不尽的能源。据说光是海水里就存在有45万亿吨的氘,可想而知这能够解决多大的危机。

我们看到 核反应 三个字肯定马上就会想到切尔诺贝利、福岛这些关键词,感到十分可怕,其实大可不必,因为可控核聚变是非常洁净、安全的。据了解,一旦反应出现异常,其温度会立刻下降,然后反应也就将自动停止。

然而光是知道这原理可远远不够,否则那么科学工作者就不会前仆后继地在这上头殚精竭虑了。

难上加难

如果仅仅是在一般的条件下,核聚变是根本不会发生的。我们人类也不是不能实现核聚变,那个玩意儿叫氢弹,但这是不可控的。这种要将核聚变转化为能让人类受益的核反应,我们就必须实现可控核聚变。然而要实现这些,太难了。

太阳发光发热,那是有1500万度的高温加上2000亿个大气压把氢聚变成为氦,可见所谓的 一定条件 大抵是指超高温和超高压。这样,原子核的运动才能够异常剧烈,才有可能克服静电斥力,达到聚合距离(原子尺度的十万分之一)。可是这个要求对于我们来说太苛刻了,那样的高温和高压,难以达到。氢弹之所以能实现,还得多亏有原子弹作为 扳机 ,让后者的爆炸瞬间达到聚变条件,这才能释放出更大的能量。

于是乎我们就有了两个的难题:怎么加热到那么高的温度?用什么来装那么高温的东西?

如今科学家们提出的已经被广泛认可的有两种办法:惯性约束要求将聚变燃料放进弹丸中,然后高能激光照射弹丸使得温度瞬间飙升。弹丸烧毁后聚变燃料被向内挤压。磁约束办法则用磁场来束缚已经成为等离子体的聚变燃料,让它悬空,不和容器接触。

可以看出来,两种办法各自在解决两大难题的其中一个上很有优势。然而问题是,惯性约束核聚变解决了高温的问题,却找不到能容纳燃料的容器;磁约束解决了容器材料的困扰,但悬空且还在高速旋转的材料却很难被聚焦点火。

中国的成就

说了那么多可控核聚变的困难之处,那么中国的技术突破到底在哪里呢?简单来说就是材料。

据了解,如果要制造适用于可控核聚变的合格的容器,其材料就需要承受每平方米4.7兆瓦的热量 普通的钢铁只要一瞬间就会被融化了。中国的科学家研发出了一种特殊高纯度金属铍、铜合金、不锈钢组成的三明治结构,并用新工艺将这三种材料紧密结合在一起。测试中,这样的材料所经受住的高温甚至比标准还要高20%。

如果材料的问题真的得到了解决,那么上文中我们所说的两种方案之间的矛盾就将不复存在。这次技术突破的意义,不可谓不重大。

另外,我们也不可以忽略中国今年八月在磁约束(也叫托卡马克装置)上获得的技术突破。在此之前使用磁场束缚等离子体的方案虽然解决了容器的困扰,但等离子体却 如烈马般 难以控制。然而中国的科学家却实现了将等离子体控制在一个高效的稳定态上,运行持续时间达到分钟级别。

两种可行的方案,中国都已经有了各自的突破。可以说,核聚变方面的研究我们已经是走在了世界前列。

可控核聚变还有多远

即使我们在今年内连续取得了两项巨大的技术突破,但需要意识到的是真正的可控核聚变离我们还很遥远。可控核聚变的应用何时能够到来,乐观的估计也是25年后。毕竟我们人类现在就连技术路线都还没有确定,距离实际应用那就更远了。

从某种意义上说,我们也可以说实现了可控核聚变,但是如今的技术水平,还难以做到总能量输出大于能量输入。毕竟研究核聚变的目的是要解决能源问题,不能实现输出>输入,那都算不得成功。

尽管前路艰难,我们都注定要将核聚变技术继续研究下去。这依靠的是大量的成本的投入,但只要真正成功了,那就是不计其数的回报。

好在困难即便巨大,科学家们也并不认为人类不能掌控核聚变,只是时间问题而已。那样的话,我们就只能耐心地继续等下去,直到开花结果的那一天了。

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