隨著全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)的發(fā)展,人類對(duì)資源能源的消耗呈現(xiàn)出不斷增長的態(tài)勢(shì),一方面引發(fā)了全球氣候變暖進(jìn)程的加劇,另一方面也引發(fā)了全球性的能源危機(jī)。如何高效地發(fā)展、利用新型清潔能源,成為世界各國共同努力的方向。
據(jù)美國媒體報(bào)道,美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室近期在可控核聚變研究方面取得重大突破,宣稱這是該實(shí)驗(yàn)室第一次成功進(jìn)行核聚變反應(yīng),而且還實(shí)現(xiàn)了輸出能量大于輸入能量這個(gè)劃時(shí)代的成果。
(資料圖片僅供參考)
這個(gè)消息一經(jīng)公開,立即得到全球各大媒體的廣泛關(guān)注,其中歐美媒體更是宣稱,這將是人類發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑,有可能開啟人類未來“無限能源”的時(shí)代。
可控核聚變其實(shí)就是我們俗稱的“人造太陽”,它是模擬太陽內(nèi)部發(fā)生核聚變的工作原理,利用特定的裝置來容納產(chǎn)生聚變的物質(zhì),使其在極為特殊條件下實(shí)施原子間的聚變,在此過程中出現(xiàn)一部分的能量虧損,按照愛因斯坦的質(zhì)能方程,即使只虧損很小一部分能量,也會(huì)釋放出巨大的能量。
可控核聚變的發(fā)生,需要極高的溫度以及極高的壓力。在太陽內(nèi)部,由于太陽本身強(qiáng)大的質(zhì)量,產(chǎn)生了極為強(qiáng)大的引力,在太陽內(nèi)部產(chǎn)生了相當(dāng)于3000億個(gè)地球大氣壓,因此只需要在1500萬攝氏度的條件下,就能滿足激發(fā)可控核聚變的條件。
但是,在地球環(huán)境下,以現(xiàn)有的條件,根本無法實(shí)現(xiàn)這么高的壓力,因此只能通過提高反應(yīng)裝置內(nèi)的溫度,來模擬太陽內(nèi)部的核聚變,使其最終達(dá)到可控的狀態(tài)。
人類其實(shí)早已掌握核聚變的技術(shù),最有代表性的就是氫彈,只不過在氫彈爆炸的時(shí)候,我們能夠滿足氫彈爆炸的條件,但是爆炸之后釋放的巨大能量,我們根本控制不了,也不能緩慢進(jìn)行釋放,更別提收集起來加以利用了,因此是屬于不可控的核聚變。所以,科學(xué)家們?cè)诳煽睾司圩冄芯糠矫?,重點(diǎn)就是要攻克實(shí)現(xiàn)可控的路徑。
從目前來看,主要有兩種主要的途徑可走,一個(gè)是依靠磁約束,另一個(gè)是依靠慣性約束。所謂磁約束,指的是通過強(qiáng)大的磁場(chǎng),將反應(yīng)窗器內(nèi)的高溫等離子體(主要是氘氚)進(jìn)行引導(dǎo)和約束,使其不與反應(yīng)容器內(nèi)壁相接觸,反復(fù)不斷地對(duì)等離子體進(jìn)行加熱后,使其達(dá)到能夠達(dá)到核聚變的條件,釋放的熱量又通過相應(yīng)的介質(zhì)傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)上,最后形成電能。
目前,世界上大部分參與研究可控核聚變的國家,采用的都是這種磁約束的模式,特別是我國在這方面,近年來取得了一項(xiàng)又一項(xiàng)突破,最新的成果是實(shí)現(xiàn)了等離子體1.6億度、穩(wěn)定約束時(shí)間長達(dá)1056秒,刷新了世界紀(jì)錄。
另外一種慣性約束的模式,雖然理論上也是可控核聚變,但其激發(fā)的原理與磁約束完全不同,它的主要實(shí)現(xiàn)途徑是利用高強(qiáng)度的激光,經(jīng)轉(zhuǎn)化為高頻率的紫外線之后,向著位于裝置中心、僅有4毫米左右的一個(gè)“膠囊”靶標(biāo)進(jìn)行轟擊,靶標(biāo)內(nèi)部充滿氘氚氣體的“膠囊”在極短的時(shí)間內(nèi),在強(qiáng)能量的輸入下瞬間產(chǎn)生核聚變,在此過程中同樣會(huì)釋放出巨大的能量。
美國國家實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的核聚變研究,就是這種慣性約束的模式。此次該實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),根據(jù)報(bào)道出來的結(jié)果,其輸出的能量,要大于激光轟擊到中心靶標(biāo)時(shí)的能量,言外之意是說,他們美國似乎已經(jīng)突破了可控核聚變最艱難的一個(gè)瓶頸,那就是輸出能量大于輸入能量,距離“人造太陽”的成功將只有一步之遙。
細(xì)心的網(wǎng)友可能會(huì)發(fā)現(xiàn),新聞報(bào)道里似乎哪里有什么不對(duì)勁的地方。因?yàn)樗麄兛桃饷枋龅氖羌す廪Z擊靶標(biāo)時(shí)的能量,將其視為反應(yīng)的輸入能量,而實(shí)際上激光的產(chǎn)生,也必須得依靠相應(yīng)的能量才能產(chǎn)生,也就是說,如果要準(zhǔn)確地計(jì)算反應(yīng)裝置的輸入能量,必須要把產(chǎn)生這些激光所耗費(fèi)的總能量都加在一起才可以,很顯然,美國這次是在刻意偷換概念。
根據(jù)相關(guān)資料可以得知,美國這個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室裝置產(chǎn)生的激光能量是1.8MJ,而產(chǎn)生這些激光所需要消耗的能量高達(dá)422MJ,如果再加入實(shí)驗(yàn)過程中的損耗,總輸入能量甚至要突破500MJ,而實(shí)驗(yàn)最后釋放出的輸出能量,僅有可憐的2.5MJ,這“是虧是賺”顯而易見。
從目前來看,無論是磁約束還是慣性約束,要實(shí)現(xiàn)真正的可控,都還有很長的路要走。
關(guān)鍵詞: 等離子體
推薦閱讀