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可控核聚变为什么是终极能源?

2020年年底,韩国的“人造太阳”创下世界纪录,在1亿摄氏度的温度下运行了整整20秒的时间。

仅仅不到半年的时间,中国重新回到了世界之巅。而这一次,是在1.2亿摄氏度维持了101秒的时间,不仅温度更高,而且维持时间是韩国人的五倍之多。这个成绩,又够其它国家追个几年了。

为中国科学院合肥物质科学研究院点赞,为人类掌控终极能源做出了新的贡献。

这里首先要澄清这个设施的原理,并不是一个太阳的替代品,毕竟太阳寿命还很长,而且别说地球,即使可以利用整个太阳系也造不出来第二个太阳。

核聚变和核裂变

核聚变当中的核指的是原子核,原子核是可以拆分组合的,两个质量较小的原子核聚合到一起,形成一个质量较大的原子核叫做核聚变。反之,一个质量较大的原子核被拆开,变成质量较小的原子核叫做核裂变。核聚变与核裂变统称为核反应,他们就是核武器的基本原理。

为什么要掌握可控核聚变

为了解决煤炭石油资源的压力,同时提高能量的转化率,人类对能源的渴望愈发强烈。当科学家发现太阳拥有几乎无穷无尽的能量的时候,他们萌生了一个大胆的想法,在地球上制造出一个微型人造太阳,一劳永逸的解决能源问题。

为什么选择核聚变而不是核裂变

1、原材料

能够发生核裂变链式反应的重元素核燃料就那么几种,这些元素在天然的矿石中含量很少,采集成本还很高,这就直接导致核裂变反应的成本比较高。而核聚是较轻的核聚变为较重的核,主要原材料是氢的同位素氘和氚,其中氘在海水中的存储量很大大约是十万分之一,别看这个数字很小,0.03g氘聚变产生的能量相当于300升汽油,至于地球上的海水有多少我就不提了,总之这些氘聚变产生的能量足够为我们人类提供上亿年的保障,而且氘的提取方法还很便捷,这么好的事那去找?

2、核废料

核裂变之后产生的核废料同样是放射性元素,而且这些核废料的衰减期可以长达几十万年,目前还没发现任何一种人工材料能耗过它们,尽管尝试了很多办法也解决不了根本问题。但核聚变产生的废料半衰期很短,基本上聚变之后产生的废料在短时间内就会衰变成稳定元素,就算是发生了核泄漏最多一公里范围的人进行撤离就行了,只要脱离了聚变环境 反应自己就停止了。

核聚变条件的探索

说到核聚变不得不提两个词,核弹和托卡马克,要想引发核聚变反应的三个必要条件,但高压在地球上太难实现了,所以咱们能做的就是尽可能提高反应温度,太阳内核的温度是一千五百万摄氏度,但是反应的效率也太低,所以这个温度还得再提高,那么需要提高到什么程度呢?

1944年的时候啊,世界上第一个核反应堆的设计者、原子能之父、著名的意大利物理学家费米,没错,就是提出费米悖论那个费米,把核聚变需要的温度给算出来了,这个温度是多少呢?至少五千万摄氏度,在那个年代啊,想要把聚变燃料加热到五千万摄氏度,唯一的办法就是引爆一颗原子弹。

目前来看最领先的技术就是托卡马克,那么托卡马克到底是一个什么样的装置呢?大家可以把托卡马克简单的想象成是一个真空的甜甜圈,里面是被加热到五千万摄氏度以上的等离子体,在这个甜甜圈上面缠绕着很多的线圈,在这些线圈里通入电流的时候,甜甜圈当中就会产生环形的磁场,因为等离子体是带电的,所以在洛伦兹力的作用下,这个环形磁场就会对等离子体产生约束作用,让他们不要接触到内壁,因为真空不导热,所以理论上温度再高也没事。所以目前在可控核聚变领先的设备都是采用这个技术。

为了解决什么问题

人类的经济活动离不开能源,人类的几次产业革命其实都是如何使用能源的变革。

现在世界的经济能源体系是石油——美元体系。

中华要崛起,就一定要冲破石油——美元体系,构建我们自主可控的电力——人民币体系。

人造太阳理论上可以提供源源不尽而且价格低廉的电力供应,虽然难度极大,很多人认为不可能,但一次又一次的实验结果证明了,这是一条能走通的路。而且我们在这条路上保持领先。加之我们独步天下的特高压输电技术,可谓双剑合璧。

尽快实现可商用的可控核聚变,中国将成为世界的能源基地。建造全球联通的特高压输电网络,中国现在的技术就能做到。中国将从能源进口国转变为能源出口国。

不仅如此,国内由于能源成本的降低,生产的商品在国际市场上也会更具竞争力。

掌握了未来的终极能源,中国就能引领下一次产业革命,站着更高的维度笑看世界的风云变幻。

如果有朝一日可控核聚变技术成熟,那情况就大不一样了。到时候研发出核聚变发动机,直接加入核聚变燃料就能起飞,那时飞出太阳系都有可能。

来源:大刘说说、后浪科普,整理:星球地理

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