人類文明的發(fā)展?jié)摿€是要以能源利用的形式為基礎(chǔ),如果我們僅僅用“燒熱水”的方式來獲取能量,那該如何實(shí)行星辰大海之夢?目前比較前沿且很可能成功的一種能源利用方式,那便是核能,人類的核電站主要依賴的是核裂變反應(yīng),而對于核聚變我們真正使用的便是殺傷力極大的武器,例如氫彈,氫彈爆炸根本不需要控制它能量的釋放過程,追求的就是瞬間完成能量釋放。
但是人類要想借助于核聚變來獲取能量,這個過程就必須要可控,這是首要的條件。
(資料圖片)
根據(jù)媒體消息,美國能源部將于美東部時間12月13日10時,也就是北京時間12月13日23時召開一次新聞發(fā)布會,屆時美能源部長詹妮弗·格蘭霍姆以及負(fù)責(zé)核安全的副部長吉爾·赫魯比將公開宣布“一項(xiàng)重大科學(xué)突破”。
在發(fā)布會之前他們不會透漏任何信息,但是根據(jù)一些知情人的介紹,這項(xiàng)重大科學(xué)突破就是指聯(lián)邦勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室此前成功實(shí)現(xiàn)了可控核聚變的點(diǎn)火,核聚變反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了凈能量增益,也就是正能量輸出,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)核聚變的過程實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)出能量大于輸入能量。
說到可控核聚變大家第一個能想到的就是我們的太陽,按照太陽的質(zhì)量它會發(fā)光發(fā)熱100億年,而這源源不斷向外釋放的能量,主要就是通過太陽內(nèi)核處的核聚變過程。
核聚變的發(fā)生過程看似比較簡單,就是讓兩個氫核發(fā)生碰撞,在一定幾率下會發(fā)生核聚變反應(yīng),也就是超過了化學(xué)層面,原子核內(nèi)的變化,氫核的結(jié)合變成更重的氦核,在這個過程中會有質(zhì)量損失。例如太陽每秒中會有6億噸氫發(fā)生核聚變反應(yīng),最終生成5.95億噸氦,在核聚變的過程中丟失了500萬噸質(zhì)量,而這些質(zhì)量就會按照愛因斯坦質(zhì)能方程轉(zhuǎn)化為能量。
但是氫核碰撞發(fā)生核聚變反應(yīng)的條件就比較苛刻了,畢竟兩個帶正電的氫原子核是不會主動靠近發(fā)生反應(yīng)的,那就必須要有足夠的外力條件。首先是極大的壓力,其次便是超高的溫度,太陽內(nèi)部的溫度可以達(dá)到1500萬攝氏度,而太陽內(nèi)核處由于自身的引力塌陷作用,可以獲得3000億倍大氣壓強(qiáng)的壓力,這些就足夠和核聚變的發(fā)生。
但人類如果想要通過這種方式實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng),溫度必須要達(dá)到1億攝氏度,這是最低標(biāo)準(zhǔn),這樣高的溫度哪有容器能盛裝,因此科學(xué)家想到了一種好辦法,那就是通過特殊形態(tài)的磁場把高溫等離子體約束在一定體積內(nèi),這就是托卡馬克裝置,目前我國的“東方超環(huán)”就采取這種方式。
除此之外還有美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室利用的國家點(diǎn)火裝置,也就是激光聚變裝置,早在1994年該實(shí)驗(yàn)室就著手進(jìn)行該計劃,當(dāng)時的目標(biāo)是在2010年實(shí)現(xiàn)“能量平衡點(diǎn)”,也就是輸入激光的能量和核聚變發(fā)生后產(chǎn)出的能量平衡。
過程就是通過擁有超強(qiáng)能量的激光,照射到直徑只有幾毫米的“氘氚等離子體顆?!鄙?,在1億攝氏度溫度、1000億個大氣壓下引發(fā)核聚變的產(chǎn)生。此次采取的激光能量高達(dá)2.1兆焦耳,引發(fā)核聚變后產(chǎn)生的能量達(dá)到了2.5兆焦耳,這意味著國家點(diǎn)火裝置取得了重大突破,能量產(chǎn)出超過能量輸入,這是一項(xiàng)重大的科學(xué)突破。
當(dāng)然,雖然實(shí)現(xiàn)了核聚變反應(yīng)的凈能量輸出,但并不意味著“人造太陽”馬上就要來臨。但這關(guān)鍵的一步,也算是為未來可控核聚變技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。
這就意味著人類可以通過激光觸發(fā)氫同位素的核聚變反應(yīng),在整個過程中我們可以看到是完全零碳能源,不需要化石能源的參與。并且可控核聚變技術(shù)還要更加高效,不僅可以滿足人們?nèi)粘I钏瑁€能在未來進(jìn)行太空探索的時候提供極大助力,屆時人們要想去到更遙遠(yuǎn)的地方,根本就不需要擔(dān)心能源的問題。
而在可控核聚變中急需的便是氦三資源,這是一種清潔的核能源,地球上少得可憐,但是月球上含量豐富,這也是各個國家都將目光瞄向月球的最根本原因。
人造太陽現(xiàn)在還算是研究實(shí)驗(yàn)階段,未來一定可以成功,而此次美國的可控核聚變技術(shù)通過光束縛高能等離子體,并且取得了凈能量的輸出,終究是向前邁了一步。
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關(guān)鍵詞: 等離子體 科學(xué)突破 核聚變技術(shù)
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