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      可控核聚變,能否成真

      2022-06-23 04:57:33科普中國
      環(huán)境與生活 2022年5期
      關(guān)鍵詞:核泄漏核聚變消耗

      科普中國

      身處于一個科技爆炸的時代,幾乎每天都有新的事物產(chǎn)生,但在所有預(yù)期的未來科技中,最受矚目的無疑就是可控核聚變了。

      為什么人類對于可控核聚變的關(guān)注度如此之高呢?因?yàn)檫@是一個不同于其他技術(shù)的變革性技術(shù),它的成功將會徹底改變我們的生活方式,將會使人類文明邁入一個新的發(fā)展階段。能源是文明發(fā)展的基礎(chǔ),文明越是進(jìn)步,對于能源的需求就越大,如果能源的獲取方式得不到改變,文明也就很難繼續(xù)向前發(fā)展。就拿現(xiàn)在人類所使用的化石能源來說吧,它就是制約人類邁向星辰大海的關(guān)鍵因素?;茉刺亓?,以至于重達(dá)3000多噸的運(yùn)載火箭,其有效載荷只有百噸左右,如此這般,我們怎能飛向星辰大海呢?

      可控核聚變就不同了,它效率極高且十分穩(wěn)定,如果可控核聚變真能實(shí)現(xiàn),遠(yuǎn)的不說,至少我們可以在太陽系內(nèi)自由航行了,科幻電影中的宇宙飛船也將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

      可控核聚變的另一優(yōu)點(diǎn)就是清潔,相比化石燃料所產(chǎn)生的污染,核能無疑是清潔的,不過傳統(tǒng)的可控核裂變還是會產(chǎn)生一定的放射性廢料,而且一旦發(fā)生核泄漏事故可能會給周圍地區(qū)帶來重大的核污染。但可控核聚變不同,它能在自然條件下穩(wěn)定反應(yīng),既不會產(chǎn)生放射性廢料,也不存在核泄漏的風(fēng)險??煽睾司圩冞@么好,它到底是什么原理呢?

      簡單來講,可控核聚變就是讓兩個輕原子在高溫高壓的環(huán)境下相撞,聚合成一個重原子,而在這一過程中會產(chǎn)生質(zhì)量損失,損失的質(zhì)量則會以能量的形式被釋放出來。

      由質(zhì)能方程可知,能量等于質(zhì)量乘以光速的平方,所以些許質(zhì)量損失都會轉(zhuǎn)為巨大的能量。具體來講,可控核聚變所需要的原料到底是什么呢?有人說是氦3,的確,氘和氦3可以進(jìn)行核聚變反應(yīng),而月球上又有著十分豐富的氦3資源,但問題是這種反應(yīng)的技術(shù)難度相對較高,屬于第二代核聚變,而現(xiàn)在我們所研究的還是技術(shù)難度相對較低的第一代核聚變,而其所使用的原料就是氫的兩個同位素,氘和氚。

      地球上的氘和氚豐富嗎

      氘是很豐富的,我們知道地球這顆藍(lán)色的星球最不缺的就是海水,地球表面71%的部分都被海洋所覆蓋,而每升海水之中就含有0.03克的氘,算下來,地球海洋中的氘就多達(dá)40萬億噸,如果只是用來進(jìn)行可控核聚變反應(yīng),那么可以說是取之不盡用之不竭。

      與氘不同,地球上的氚是十分稀少的,因?yàn)殡半m然是氫的同位素,但它卻是一種放射性元素,而這種具有放射性的元素的半衰期又很短,只有12.43年,所以自然界中即便有氚,很快也會衰變?yōu)槠渌镔|(zhì),不可能長期保存下來,而自然界中又幾乎沒有可以自然合成氚的條件。地球上的氚如此稀少,而可控核聚變又少不了它,怎么辦呢?只能人工合成了。

      從原理上來講,要合成氚并不是一件太過困難的事情,只需要用中子轟擊鋰就可以得到,而在現(xiàn)實(shí)之中,想要制造合成氚,可以采用氣液催化交換技術(shù)以及特種電解技術(shù)等。其實(shí),人工合成氚并不難,難點(diǎn)在于消耗和成本。研究可控核聚變是為了獲取能源,而制造氚的過程必然要消耗能源,而且后期約束聚變反應(yīng)同樣也要消耗能源,那么消耗與產(chǎn)出是否能成正比呢?雖然現(xiàn)在有很多人工合成制造氚的技術(shù),但成本都十分高昂,想要大批量生產(chǎn)還是困難重重,這也是可控核聚變研究過程中要面臨的一個難關(guān)。

      除了原材料獲取方面,可控核聚變面臨的難點(diǎn)還有很多

      太陽之所以能夠發(fā)光發(fā)熱,就是因?yàn)槠鋬?nèi)部的核聚變反應(yīng),所以可控核聚變又被稱為“小太陽”。但與太陽不同的是,太陽內(nèi)部的壓力很高,但地球上無法產(chǎn)生如此巨大的壓力,所以要促成聚變反應(yīng)就需要更高的溫度,這一溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了已知所有材料的熔點(diǎn),那么用什么東西來支持聚變反應(yīng)的進(jìn)行呢?目前的研究方向主要是磁場約束,可想而知這條研究之路上是遍布荊棘的。有科學(xué)家認(rèn)為可控核聚變的實(shí)現(xiàn)還有百年之久,也有人樂觀地認(rèn)為幾年就行,其實(shí)就目前的研究進(jìn)度來講,這些都只是沒有根據(jù)的猜測,我們只希望能夠在有生之年見到這一具有變革性意義的技術(shù)問世。DBCC80EB-DEE4-46E0-A39C-7CD0FF468B42

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