走近核聚变

来源:9159金沙游艺场2019-03-05

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 最近,一条新闻横扫科技领域的朋友圈——我国磁约束人造太阳温度突破1亿摄氏度。很多人会问:人造太阳究竟与我们有什么关系?那些数据又有什么意义呢?

 事实上,太阳就是一个巨大的核聚变反应堆(核聚变是将两个较轻的原子核结合而形成一个较重的核,以及一个很轻的核或粒子的一种核反应,在此过程中,核聚变反应将一部分反应物的质量转化为了能量),而人造太阳就是效仿太阳的核聚变原理,为人类提供取之不尽用之不竭的能源。在技术分类上,人造太阳属于可控核聚变,由人工控制核聚变的能量输出过程,确保能量输出大小满足人类对能量的动态需求。而诞生于上世纪50年代的氢弹,则为不可控核聚变,只能作为武器瞬间释放全部能量。核电站则是核裂变技术,需要寻找铀矿并提纯,变成燃料,资源消耗很大。

 很多人谈核色变,其实,核聚变可以完美解决这个忧虑。与目前核电站使用的核裂变燃料相比,核聚变采用氢的一种同位素:氘,理论上十来克就能满足全球一年的电力需求,大海里到处都是。据计算,地球上氘的总量足够人类使用几百亿年。很多国家都在开展类似人造太阳的核聚变研究,以期一劳永逸解决能源问题。今年初,美国麻省理工学院拿到了意大利能源公司ENI的5000万美元投资,要在未来15年建设一座装机容量20万千瓦的发电站。虽然装机规模很小(仅我国三峡水电站总装机容量就达2250万千瓦),但这可是人类史上第一个可控核聚变发电站。

 核聚变虽好,但很难。国际热核聚变实验反应堆动用了包括中国在内的7国之力,原定预算100亿美元,花费10年建成,但在2013年开工后短短两年半,仅建筑成本就花掉了150亿美元。再来看看人造太阳,我国在上世纪60年代就开始着手相关研究。而想在技术上实现核聚变的原理,必须要产生至少5000万以上的温度——目前世界上任何材料都无法承受。所以,目前人造太阳用两种方法解决这个难题:一种是利用磁场约束,另一种是激光惯性约束。历经50多年的研究,我国去年实现了磁约束人造太阳5000万摄氏度运行100秒,今年又将温度提升到1亿摄氏度。人造太阳在距离可控的台阶上,中国已经远远将各国甩在身后。

 而这意味着,一旦掌握了可控核聚变技术,就有了“无限能源”,人类将真正进入目前称为“科幻”的世界——补全臭氧空洞、遏制气候变化……这不仅是科学幻想,更是核聚变实现后近在眼前的未来。更美妙的是,核聚变产生的高能中子还可以顺手处理核废料,让他们的半衰期从几万年缩短到数百年。

 在应用军事上,核聚变能源的武器装备将成为最强的。而只要有了便携式或者小型化的技术,再加上其他领域的发展,人类未来甚至可以打造出一个太空舰队——毕竟不用再为最基础的能源问题发愁了。 张佳琦 孔德泰