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可控核聚变:人类能源的终极梦想

2023-03-17 14:11     来源:百家号 作者:真正忘语      核聚变
能源是现代社会的生命线,也是人类文明发展的动力。随着人口增长和经济发展,全球能源需求不断增加,同时也面临着化石能源耗尽、环境污染、气候变化等严峻挑战。如何实现清洁、安全、高效、可持续的能源供给,是当今世界面临的重大课题。

在众多新能源技术中,可控核聚变被认为是人类能源的终极梦想。核聚变是指轻元素原子核在高温高压下相互碰撞并结合成重元素原子核,并释放出巨大的能量。这是太阳和恒星发光发热的根本原因,也是宇宙中最普遍和最强大的能量来源。

与传统的核裂变相比,核聚变有很多优势:

- 核聚变使用的燃料主要是氘和氚,这两种同位素都可以从海水中提取或者通过其他方式制造,资源十分丰富。

- 核聚变过程不产生放射性废物或温室气体排放,对环境无污染。

- 核聚变反应需要高温高压才能进行,一旦条件不满足就会自动停止,不存在爆炸或者泄漏等安全隐患。

- 核聚变释放出来的能量非常巨大,每公斤燃料可以产生约8000万千瓦时电力,相当于3000吨标准煤。

因此,如果人类可以实现可控核聚变技术,并将其用于发电或者其他用途,那么就可以解决全球长期以来困扰我们的能源问题,并开启一个新时代。

然而,在实现可控核聚变技术方面还存在很多困难和挑战。首先,在地球上模拟太阳内部那样极端的条件非常困难。目前主流的方法是利用强磁场将高温等离子体约束在一个圆环形容器中(称为托卡马克),并通过加热和压缩使其达到足够高的温度(超过1亿摄氏度)和密度(超过10亿个原子/立方厘米)。但这需要消耗大量电力,并且要保持稳定性和均匀性。其次,在实现核聚变反应后还要考虑如何有效地收集并转换成电力或者其他形式。目前还没有成熟可行的方案来解决这个问题。第三,在经济上是否划算也是一个重要因素。如果建造和运行一个核聚变反应堆所需投入远远超过所得收益,则没有商业和社会的动力去推动其发展。因此,要降低成本和提高效率,还需要不断地创新和优化。

尽管如此,人类对于可控核聚变技术的探索从未停止过。自上世纪50年代以来,各国科学家已经取得了一系列重要进展。例如,美国、苏联、欧洲、日本等国家都建造了各自的托卡马克实验装置,并在不同程度上实现了核聚变反应 。其中最著名的是国际热核聚变实验堆(ITER)项目,这是一个由35个国家和地区共同参与的大型国际合作项目,旨在建造一个能够产生出比输入电力多10倍的能量(即Q值达到10)的核聚变反应堆 。该项目目前正在法国进行建设,预计将于2025年完成,并于2035年开始运行 。

如果ITER项目能够成功地实现其目标,那么将会是人类可控核聚变技术史上的一个里程碑。它将为未来商业化运用核聚变能源提供重要经验和数据,并为人类走向清洁能源时代奠定坚实基础。

总之,可控核聚变技术是人类能源的终极梦想,也是一项极具挑战性和前景性的科学工程。虽然目前还存在很多困难和问题需要解决,但我们有理由相信,在不久的将来,我们就可以看到人类利用太阳之火点亮地球之光的壮丽景象。



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