核聚变受全世界高度重视:取之不尽 用之不竭

2016-12-12 14:14:00 作者:佚名 分类 : 探索发现

  据国外媒体报道,数百年以来,人类一直梦想着驾驭太阳能,为地球上的生命提供能量。但我们想实现的,不仅仅是利用太阳能,而是在地球上造出一个“迷你太阳”,也就是核聚变。

  如果我们能解决各种极为复杂的科学和工程问题,便能通过核聚变获取清洁、安全、无穷无尽的能量了。只要每日从水中提取出一千克的氘(氢的一种同位素),产生的电量就足够成千上万个家庭使用。

  从上世纪50年代以来,科学与工程研究取得了巨大进展,使我们朝着可持续的氢原子聚变反应又近了一步。实验产生的核聚变能量虽然很少,但也足以被测量出来了。但怀疑者和支持者都意识到,核聚变目前仍面临着两大挑战:一是如何延长反应时间,二是怎样的设备结构才能将核聚变能量转化为电力。

  普林斯顿等离子物理实验室的核聚变研究人员指出,我们至少还要25年时间才能建成首座商用核聚变发电厂。但考虑到核聚变带来的巨大益处,我们还是要继续努力的。证明核聚变的可行性也许要不了这么久——我们也必须加快步伐,才能在计划未来的能源时将核聚变纳入考虑范围之内。

  与太阳能、天然气与核裂变等其它发电方式不同,核聚变无法先用微缩模型进行研发、再成比例地放大。核聚变在实验阶段就需要大规模开展,并且相关设备也需要花很久来准备。但在接下来的一个世纪中,人类必须设法获取充足、清洁的能源。如果不在核聚变这种最具前景的能源上想办法,就未免太愚蠢了。

  但这件事做起来相当困难:由于原子核均带正电荷,因此会与彼此相斥。除非它们以极高的速度运行,才能在相撞时融合在一起,释放出我们需要的能量。这样的过程在太阳上会自然而然地发生。但在地球上,我们需要用强大的磁铁来控制住由带电的氘、氚原子核与电子构成的超高温气体,也就是我们所说的等离子体。等离子体的温度极高,超过1亿摄氏度。在这样的高温下,带正电荷的原子核便能以超高速运行,冲破正电荷产生的排斥力,与别的原子核融合在一起。

  ITER采用了一种名叫“托塔马克”(tokamak)的反应装置,其中的等离子体呈甜甜圈状,受到强大的磁场约束。而该磁场的一部分是由等离子体中流动的电流产生的。  ITER采用了一种名叫“托塔马克”(tokamak)的反应装置,其中的等离子体呈甜甜圈状,受到强大的磁场约束。而该磁场的一部分是由等离子体中流动的电流产生的。

  我们还需要从四个方面进一步加强核聚变的优势:其一,在现有的物理和工程条件下,用计算机优化核聚变反应堆的设计。  我们还需要从四个方面进一步加强核聚变的优势:其一,在现有的物理和工程条件下,用计算机优化核聚变反应堆的设计。

  原子核融合之后会形成两个高能粒子——一个α粒子(氦原子的原子核)和一个中子。要想使等离子体达到如此高的温度,就需要在核聚变反应开始之前,向反应器中提供大量能量。但反应一旦开始,核聚变产生的能量就足以维持这一温度,多余的热量则可被我们用来转化成可利用的电能。

  核聚变所需的燃料在大自然中比比皆是。例如,水中含有大量的氘,反应器还可以将锂转化成氚。并且这些原料广泛分布于世界各国,不会受当地自然资源所限。核聚变是一种清洁的能量来源,不会产生温室气体,产物只有氦气和中子。

  核聚变是一种安全的反应过程,不可能像核裂变一样发生失控。如果反应出现异常,等离子体的温度就会下降,核聚变反应也就随之停止了。正是由于核聚变具有这样的特性,数十年来,人们才对其展开了不懈研究,并越来越被其所吸引。但核聚变虽然益处多多,对技术的挑战也同样不容小觑。核聚变领域取得的进展主要可以从两个方面进行衡量。

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