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核聚变技术 能源危机或就可以化解

导读: 最近有一条新闻,引起了能源行业不大不小的震动——中国“人造太阳”再创世界纪录。这一新闻的主要内容是,“我国的超导托卡马克实验装置EAST(东方超环)在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式”,为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。

最近有一条新闻,引起了能源行业不大不小的震动——中国“人造太阳”再创世界纪录。这一新闻的主要内容是,“我国的超导托卡马克实验装置EAST(东方超环)在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式”,为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。

而且新闻里提到:如果人类掌握了可控的核聚变技术,目前的能源危机就可以化解!

这到底是一个怎样的技术,竟然敢放大话解决人类能源问题呢?

氢弹引来的可控核聚变

核电对于现代社会来说并不陌生,自20世纪50年代问世以来,以其清洁、高效等因素得到世界主要经济体的青睐。但不得不承认的是,核裂变发电因为各种原因,并不能成为人类能源的究极形态,科技界早在氢弹试验时就已经认识到了这一点,并开始着手研究核聚变技术,以便为人类提供永续能源。

在一般的条件下,核聚变是不会发生的。但在太阳中心,1500万度的高温和2000亿个大气压的高压下,氢就可以聚变成氦了。这样的反应已经进行了46亿年,向外发出了巨大的能量。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变,而在地球上不可能存在1500万度的高温和2000亿个大气压的高压,因此要发生聚变,温度就只能更高,达到上亿度。

目前已知的核聚变反应只有氢弹爆炸这一种形式,科学家们希望发明一种装置,可以有效控制“氢弹爆炸”的过程,让能量持续稳定的输出,这就是可控核聚变。

“核聚变一旦像裂变一样实现商用发电,将是颠覆世界的革命性成功,人类在能源利用上很可能再也不用精打细算了。”中国国际核聚变能源计划执行中心副主任孙键说,“对核聚变持积极态度的科学家认为,核聚变这棵科技之树的果子格外好吃,种植难度大也在情理之中。”

可控核聚变相比于目前的核电站来说有三个显而易见的优势:原料易得,核聚变的原料是重水,可以直接从海水中提炼,并且地球中储量极大;核聚变的过程及其产物均不会对环境造成污染,亦不会造成核泄漏的危害;聚变的效率要高于裂变,效率比大概是,氘:铀:原油=1:6:1千万。

但想要通过此反应制造出真正能够为人类所用能源,人类还必须面对两大难题。

相对而言,核裂变需要的反应条件很弱,天然的铀矿在常温的自然条件下就可以发生衰变。但是相比于核裂变过程来讲,核聚变最麻烦的反应条件就是——需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应。而如此高的温度是用传统加热方法所无法达到的。人类研制氢弹时,对于该问题给出了以下解决方案:用核弹引爆氢弹!即通过核弹引爆得到达到核聚变反应的温度,从而引起核聚变使得氢弹爆炸,因此氢弹内部是有一个小型核弹的。问题的关键来了,为了核聚变发电,人类难道要一直用原子弹来做引子么?这个代价显然太高。

因此,研究可控核聚变的难点在于,怎么将核聚变的原料加热到这么高的温度?将核聚变的原料加热到这么高的温度以后拿什么来装它?

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