可控核聚變實現了,會對人類社會產生翻天覆地的影響嗎?

2020-12-22 匯聚魔杖

如果可控核聚變實現了,人類可能會更加謹小慎微地使用能量,因為我們的文明還不足以逃脫地球生態的自然選擇,破壞地球的平衡意味著災難甚至是滅亡。

如果能達到卡爾達肖夫指數的2級文明(2級文明能夠利用行星所圍繞的恆星所有的能量),但實際上我們離達到1級文明(1級文明能夠利用行星的所有可用能量)還有幾百年。

核聚變如何釋放能量

聚變產生的能量來源於兩個輕的原子核融合為一個重原子核時產生一點點的質量虧損,而這損失的一點點物質會變成巨大的能量釋放出來,釋放的能量是光速的平方倍(質能方程E=m*C^2)。

由於原子核都帶正電,互相之間有靜電斥力,在一般條件下核聚變是不會發生,只有在超高溫、超高壓的條件下才會發生。這樣說小夥伴們可能很難想像核聚變的困難程度,目前人類已知熔點最高的鎢只有3000多度,而核聚變想要發生溫度需要達到數千萬攝氏度,所以氫彈都是用原子彈引爆的,先通過裂變達到聚變的條件,再通過聚變放出更大的能量。

1968年蘇聯公布了一種基於託卡馬克構型的磁約束核聚變裝置,其內部的燃料可以達到驚人的800萬度。

把核聚變燃料做成等離子體(即原子核和電子分離都可以自由流動),再用超強磁場約束等離子體,讓它們懸空高速旋轉而不跟容器直接接觸就不會燒穿容器。點火時採用慣性雷射約束點火,即點火時先把聚變燃料放在一個彈丸內部,再用很多束超強雷射照射彈丸瞬間達到高溫,彈丸外壁蒸發掉並把核燃料向內擠壓。

自此,各國都開始紛紛建造自己的託卡馬克裝置,磁約束核聚變才開始走向研究正規。

託卡馬克裝置的最大難題是慣性雷射約束點火和磁約束相互矛盾

聚變燃料如果處於靜止,就很難不把容器燒穿;如果處於運動中,聚焦點火又變得困難。這就是可控核聚變難度如此大的原因。目前最先進的超導託卡馬克裝置核聚變持續時間也只能達到分鐘量級。

由35個國家合作在法國南部建造的世界最大的託卡馬克磁聚變項目ITER,集成和組裝超過一百萬個組件(一千萬個零件),ITER建設始於2013年,2015年建造成本已超過140億美元,預計將在2021年完成建設階段,並與2025年開始等離子體實驗,2035年開始進行全氘 - 氚聚變實驗。

通俗一些講就是到目前為止人類依然在可控核聚變的門檻外徘徊,似乎一隻腳已經跳到門檻裡,但距離真正的可控核聚變一直都還有50年(凍住了)。

綜上所述,核聚變很難實現小型化,只能轉化為電能、熱能等形式向外輸送。耗費這麼大人力、物力、財力、產地的工程所產生的電可能會比現在的電更便宜嗎?但它確實可以永久性地解決地球上的能源問題,因為核聚變不會像裂變那樣產生輻射。

為什麼過度使用能源會破壞地球的平衡導致災難甚至是滅亡

更多的能量,就意味著更多的高溫和低溫,這樣會導致地球不可控的升溫,雖然地球也在不斷地向外散發熱量,但地球還有大氣層保溫。

這種影響就像25億年前能釋放氧氣的生物快速生產從而導致氧氣大災難一樣。

地球的環境要保持有序,從根本上說,還要保證「熵」不至於太大。所以,在獲得大量能源的同時,還需要提高地球的散熱能力,或者減少太陽的輻射輸入。

「熵」是一個抽象的通過運算推導出來的量,其物理意義代表系統的無序程度。比如:蠟燭燃燒、冰塊融化、酒精揮發、食物糜爛等都是熵增加的過程。而與之相反的過程是熵減。

舉個例子:

火力發電過程是:燃料化學能→蒸汽熱能→機械能→電能,通俗一些講就是燃料的燃燒產生熱能來加熱水,然後再由水蒸氣推動發電機來發電。在在這個過程中,熱能轉換成電能的效率只能達到39%左右(燃油汽車的轉換效率不到30%)。

其中有相當一部分的能量在轉換的過程中被耗散掉了,變成了震動、噪音、熱輻射等等,這部分在轉換過程中耗散的、無法再利用的能量就是「熵」。

總結

由此可見,文明的發展除了解決能源問題之外,還要尋求與我們賴以生存的地球和諧相處之道,至少至今我們還未找到適宜人類生存的第二家園。

相關焦點

  • 如果核聚變成功了,一度電一毛錢不到,會產生什麼影響?
    核聚變早就成功了,氫彈爆炸就屬於核聚變。我們現在需要的是可控核聚變,如果人類能夠實現可控核聚變,那麼能源問題我們將徹底解決。但是以目前人類的技術而言,可控核聚變還有很長一段路要走。可控核聚變雖然很難做到,但是我們在不斷接近成功。
  • 假如人類徹底掌控了可控核聚變,未來的世界將會發生什麼變化?
    如果能夠解決核聚變技術,人類將獲得取之不盡用之不竭的新能源。人類點滿核聚變這項劃時代的技術,帶來的影響不亞於前三次工業革命,從此之後再也不用擔心能源短缺問題,就可以把目光投入到太空,將文明的火種撒向整個太陽系。
  • 當人類徹底掌握可控核聚變技術後,未來世界會發生什麼變化?
    如果能夠解決核聚變技術,人類將獲得取之不盡用之不竭的新能源。人類點滿核聚變這項劃時代的技術,帶來的影響不亞於前三次工業革命,從此之後再也不用擔心能源短缺問題,就可以把目光投入到太空,將文明的火種撒向整個太陽系。當然,這一天的到來還有點遠,但可控核聚變的技術正在飛速發展中,也許我們有生之年就能夠享受到這項技術穩定發電帶來的便利。
  • 人類未來能否實現可控核聚變?
    我們從什麼地方獲得能量,我們用能量做什麼,以及我們如何處理獲取能量後產生的廢物,這些對我們人類在地球上的未來至關重要。然而,能量是物理學中最令人費解的物理量之一。下面就說下能量的本質,什麼是能量的「聖杯」以及核聚變的未來!能量的本質是什麼?任何學過物理入門課程的人都會遇到這個問題。
  • 新一代「人造太陽」反超美國,中國會不會率先實現可控核聚變?
    這個時候可能大家對「可控核聚變」這個解決人類終極能源的辦法,又開始心心念念了。新聞不是剛剛的報導:中國新一代「人造太陽」中國環流器二號M裝置,在成都建成並實現首次放電了嗎?這是個好消息哈,聽說技術已經反超美國了。我們會不會是最早實現可控核聚變的國家?什麼時候可以實現呢?
  • 當人類攻克了核聚變的大關之後,會發生什麼變化?你知道嗎?
    當人類攻克了核聚變的大關之後,會發生什麼變化?你知道嗎?太陽就是一個巨大的核聚變反應堆。氫彈就是利用核聚變釋放的巨大能量摧毀目標的。什麼是可控核聚變?可控核聚變就是人工控制核聚變的能量輸出過程,使能量輸出大小滿足人類對能量的動態需求。
  • 什麼是磁約束可控核聚變,什麼時候才能商業化可控核聚變發電?
    無論是磁約束還是慣性約束核聚變,都是可控核聚變研究的重要方向,兩者本質上沒有什麼區別,都是控制氚氘等輕元素聚合成重元素的一種方式,但兩者的原理與過程卻大相逕庭,不妨來圍觀一下!但在地球上,如此的高溫或者高壓都難以實現,當然與超高壓相比似乎高溫還簡單一些,所以現在的可控核聚變都是往這個方向上靠攏!儘管磁約束與慣性在實現方式上各不相同,但基本不外乎就是滿足這兩個條件!
  • 開採月球上的氦3,對實現可控核聚變有何意義?
    目前包括我國在內一些國家著力研究的可控核聚變技術(即「人造太陽」),還僅處於實驗及技術攻關階段,距離投入大規模的應用還差距甚遠,主要的技術瓶頸就是在特定的磁力約束裝置下,尋找非常耐高溫的材料比較困難,而且同時控制能量輸入輸出比,使其達到最終輸出能量大於輸入能量可控狀態的難度也非常大。
  • MIT最新研究進展-可控核聚變這是真的要來了?
    我們都知道可控核聚變很重要,如果能邁過這個坎就是人類文明進步的一大步。同時大家也都明白,可控核聚變實現起來很難。就好像譚詠麟永遠25歲一樣,關於可控核聚變有個永遠50年的梗--不管到了什麼時候,你都可以說,可控核聚變還有50年就能實現了。
  • 據說我國人造太陽實現一億度,那麼多久才能可控核聚變呢
    就在近幾天,在合肥製造「人造太陽」裝置的EAST傳來重磅消息,該設備首次完成等離子中心的一億度運行,而去年實現電子溫度超過5千萬度等離子體方電,一直在進步。蘇三。雖然一直傳出重大消息,但是離可控核聚變還是很遠。可控核聚變能徹底解決能量缺失問題,是人類的理想。
  • 可控核聚變卡在了哪,還要讓我們等多久?
    在那些看得見卻還摸不著的未來技術中,最令人期待的莫過於可控核聚變技術了,因為人人都知道這項技術的實現將會徹底改變人類的生存方式。這麼說一點也不誇張,一個文明,特別是現代文明的發展與所能夠利用的能源是息息相關的,而可控核聚變技術只需要100噸的氦-3就可以滿足全人類一年的能源需求,也就是說對於現階段的人類而言,能源將會取之不盡用之不竭。
  • 人類研究可控核聚變使用的是氚–氘,可以使用其他元素嗎?
    理論上任何低於鐵的元素都可以進行核聚變反應,並釋放大量能量,但是目前人類引發核聚變的手段,主要靠提高溫度,在所有核聚變當中,氫元素的核聚變反應所需溫度最低,其中又以氘-氚的聚變最容易實現。在地球上,元素豐度排行依次為氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂、氫、碳、氮……,雖然氧和矽是地球上最多的元素,但是要讓其發生核聚變所需溫度太高,現階段人類根本無法實現。
  • 有人說如果可控核聚變成功了,一度電連一毛錢都不到,可能嗎?
    隨著經濟社會發展水平的不斷提升,人類社會對各種能源的需求也日益提升,在新型能源沒有得到廣泛應用、能源利用效率不高的情況下,於是逐漸產生了能源不足和危機。 按照太陽內部核聚變的激發條件,當兩個輕原子相互的距離非常靠近,達到10^-15米級別時,便會有機率發生量子隧穿效應,一個原子核中的質子會突破原子間的庫侖斥力,進入另外一個原子核中,從而形成新的原子,激發出核聚變的序幕。由於太陽內部具有非常高的溫度和壓力,因此能夠擁有這種環境供核聚變的產生。
  • 當人類攻克了核聚變的大關之後,世界會發生什麼變化?一起來看看
    當人類攻克了核聚變的大關之後,世界會發生什麼變化?假如50年後人類攻克了核聚變,變化絕對是翻天覆地的,但仍然會受到很多因素的掣肘,也許並沒有您所想像的完全被核聚變替代,或者一一來羅列下一、聚變電站不會如您想像的那樣遍地開花,因為這個依然是極高高成本的行業,當然大規模或者超大規模的裂變以及燃煤電廠和天然氣電廠將會被可控核聚變替代,但現今已經繼續在運行的水電等將並不會取締,
  • 如果實現可控核聚變,人類是否還需要建設環繞太陽的戴森球
    因為人類可以利用全部的化石能源,還可以利用全部的裂變能源。但是含能最大的核聚變能源,仍然利用起來困難重重。 所以,可控核聚變一直是人類追求的目標,也是人類踏上一級文明的關鍵門檻。 在太陽系內,最大的核聚變系統就是太陽本身。 如果在地球的圓軌道上有一個球面包裹住太陽,那麼太陽輻射到這個球面的全部能量為3.78×10的26次方焦耳,地球只得到了其中的1/22億。
  • 如果核聚變成功了,一度電降到1毛錢,到時會產生什麼影響?
    3、不會產生汙染氣體,核能源被稱為地球上最清潔的能源,核聚變也不例外。 也正因為核聚變有眾多優勢,所以最近幾十年人類一直在苦苦追尋核聚變技術,雖然目前人類已經掌握了核聚變,但可控的核聚變並沒有掌握。
  • 太陽核聚變只要1500萬度,可控核聚變卻要1億度,這是什麼原因?
    稍懂科學常識的人都知道,太陽一直是依靠核聚變源源不斷的產生著巨大能量,我們才能夠得到它的光和熱。太陽中心溫度只有1500萬℃,就可以維持源源不斷的核聚變。可一些科學報導總說,現在正在試驗的可控核聚變溫度達到了1億℃,這又是為什麼呢?為什麼不可以像太陽那樣,用較低溫度實現可控核聚變,這樣不是容易很多嗎?
  • 《流浪地球》中的重元素核聚變技術是什麼?現實中能夠實現嗎?
    對此,《流浪地球》中也進行了解釋,這些行星發動機都是應用了核聚變,使用的燃料就是地球上非常常見的石頭,只有這種常見的容易處理的石頭才能夠滿足上萬座行星發動機的需求。可能很多人不理解:核聚變使用石頭當燃料?石頭真的可以當燃料產生能量嗎?在我們的常識裡,核聚變不是應用使用氫這種燃料嗎?怎麼電影中是使用石頭?這是怎麼回事?
  • 核聚變將最終成為未來的能源嗎?
    按目前世界能量的消耗率估計, 地球上蘊藏的核聚變能可用100億年以上。因此從原理上講, 聚變能可以成為人類取之不盡、用之不竭的能源。實際情況真的如此嗎?人類離可控核聚變還有多遠?《科學通報》發表中國原子能研究院研究員陳永靜撰寫的「核聚變將最終成為未來的能源嗎?」一文,介紹了核聚變基礎知識和可控核聚變的發展及現狀。
  • 中國在人造太陽方面取得新突破,未來人類可以操控核聚變嗎?
    引言:人類羨慕太陽擁有源源不斷的能源,但又無法靠近它進行開採。但是科學家們弄清楚了太陽的燃燒原理,並且在地球上研發出了「人造太陽」,我國在這方面也有所成就。據了解中國在人造太陽方面取得了新突破,未來人類能夠實現可控核聚變嗎?