当前位置: 真空闸 >> 真空闸发展 >> 流浪地球里的核聚变,我们还在努力,未来的
《流浪地球》2开机了,吴京、刘德华、张丰毅等都会参演,真是非常期待啊!
大家还记得上一部里的行星发动机吗?使用岩石里的重元素核聚变产生动力,推着地球向新家园前进。这种设想听起来就很厉害!
但我查了一下,据说这种重元素核聚变的质能转换效率并不高,实现难度也是相当巨大,大概只能停留在设想阶段。
不过,核聚变还是有实现的可能的,目前科学家们正在研究试验人造太阳就是热核聚变。
人造太阳,听名字就知道是个很热的东西,要知道,太阳的芯部温度是万摄氏度左右,而我们的人造太阳则需要上亿度才行。
这么热的温度直接放在地表是不可能的,几千万的温度就足以让绝大大部分东西气化。
那如何实现热核聚变?
太阳能发光发热,产生巨大能量,源自于太阳内部的核聚变。说到核聚变,除了《流浪地球》里的重元素核聚变,还有两部电影讲到核聚变。
一部是《钢铁侠》,男主托尼史塔克有一副炫酷的金属铠甲,上天入地坚不可摧,为这幅铠甲提供动力的就是它胸口的冷控核聚变反应器。
还有一部是《太空旅客》,也是太空流浪的主题,为飞船提供动力的就是核聚变反应堆。影片里的核聚变反应堆发生过热故障,男主冒着烤化的风险去维修。核聚变反应本身就要过亿温度,擦到边就汽化了,男主最后还能毫发无伤,我只能说这个主角光环真是比银河系还大。
我们人类的生存需要很多能量,比如说电,电来源于能源转化,有化石能源,太阳能、水能、风能、核能等。化石能源是不可再生的有限能源,最近很多地区的拉闸限电正是因为煤炭价格上涨,发电厂电煤供给短缺造成的,而太阳能、风能等又因为不稳定性,不能成为发电主力,而核电站也有它的弊端和风险,不能大规模建造。
那么,人类期待的可以取之不尽用之不竭的能源有吗?最好还是无污染的清洁能源。
你别说,还真有。
我们地球上占比71%面积的海洋就是很好的能源仓库。
核聚变是指氘或氚,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。核聚变所用的原料——重水(同位素)可以从海水中提取。而一升的海水所转化的能量相当于升汽油,经过计算,海水里可提炼的氘元素可以为我们人类消耗亿年。
那么问题来了,我们人类还能繁衍多少年?
年9月,中国政府定下了年实现碳中和的目标,这就要求全社会各个层面必须减少碳排放,而核聚变发电正是清洁无污染的高效发电模式,首先,核聚变随时可以停止,永远不会爆炸,非常安全;其次,它用重水反应,生成氦气,这两个都是干净的,不会造成污染,不会对环境、公众造成伤害。
那有人就问了,这么好,怎么没听说过核聚变发电站呢?
因为这个发电过程太难了。
像钢铁侠里的冷核聚变其实是一种概念性假设,就是说基本实现不了。目前全世界在开发研究的是热核聚变。
原子弹爆炸的威力大家都知道吧?那个是核裂变,还有一种核聚变的炸弹,叫氢弹,它比原子弹的威力还要大上千倍,看到旁边那个亮点了吗?那是太阳。氢弹属于不可控核聚变,我们发电需要可控核聚变,不然这个世界就炸没了。但可控核聚变比登上火星还要难。
激发核聚变需要上亿摄氏度的高温,这么热的东西放哪儿它烧哪儿,那怎么办呢?科学家们研究了很多方案,伟大的前苏联科学家阿齐莫维奇发明了一个磁约束核聚变装置,命名为托卡马克,就是前面说的人造太阳。托卡马克是一个巨大的磁场,它通过磁力线捕捉等离子,让高温粒子悬浮在真空里,高速奔跑,你给装置断电,核聚变就终止,这样就实现了可控核聚变。
虽说一公升海水提炼的氘可以转化为公升汽油的能量,但是机器运转本身也需要用电。在早期的核聚变实验中,产生的最大功率是16兆瓦,而实现托卡马克的磁场所用的电流就超过了兆瓦。怎么想都不划算。
那怎样才能减少损耗呢?
我们知道导体里有个拦路虎叫电阻,电阻越小,电流通过的越多。电阻为0的话,电流就没有损耗了。要实现电阻0,必须使用超导体,并且达到零下摄氏度。在同一时间,同一空间,并存1亿度的高温和零下度的低温,想想都有点不可思议。
但是我国的科学家们一向来是遇到问题,解决问题,于是新一代“人造太阳”诞生了,英文名EAST,也称东方超环。
经过四十多年的努力,年5月28日凌晨,东方超环在1.2亿摄氏度的条件下成功实现可重复的等离子体运行秒的世界纪录,将韩国创造的1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍,真的太厉害了!
核聚变应用已经研究60来年了,你肯定好奇它发了几度电了?我告诉你,一度也没有。不光我们国家,世界上没有一个国家实现了。
科学家们着急,各国政府更着急,这么难的项目,怎么办?
早在年,作为结束冷战的标志性行动之一,"国际热核聚变实验堆(伊特)"计划被提了出来。当时只有美、苏、欧、日四方参与,没有中国的份儿。他们自己研究了好几年,花了好多钱,项目一直没有什么进展,美国甚至退出了伊特。直到年,一个可行性合理方案才被俄、欧日三方认可。步入21世纪,中国的科技发展和综合国力已经不容小觑,年,欧、日、俄三方以EDA为基础开始协商伊特计划的国际协议及相应国际组织的建立,并表示欢迎中国与美国参加伊特计划。我国于年1月宣布正式参与协商,随后,美国也马上宣布回归伊特计划。到了年5月,由中,欧,美、日、俄、韩、印七方共同参与的伊特计划进入正式执行阶段。
年6月,由中科院等离子体所研制的极向场导体采购包第二阶段PF5导体运抵法国福斯港,交付伊特现场。这是伊特七方中首件交付现场的大件产品,不仅提前了3天,还一次验收合格。
中国制造,你值得拥有!
近期又有一研究成果公布,刷爆了网络,我们嫦娥五号带回来的克月壤中发现了一种罕见物质,价值亿元每吨,那就是核聚变原料氦3。据科学家推算,月球上有丰富的氦3储备,大概在万吨。
氦3是一种完美的核聚变原料,相对于现在正在研究使用的氘和氚,它的反应结果更加清洁,还会产生更多的能量。据估计,仅吨的氦-3的核聚变能量就够全球使用一年。
我们的核聚变发电站一旦制造成功,不光能发电,还能生产氢气,淡化海水和供暖。
那我不禁想了,如果哪天地球真要流浪了,拖上月球这个小老弟吧?采采氦3矿,也能熬段日子呢。咱们中国人就是勤俭持家。
不过这个计划可不可行,咱们有空再聊。