《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?

2021-01-07 探索浩瀚星空

最近有一部電影《流浪地球》火了,電影描述的是影片中描述的是太陽即將開始死亡倒計時,地球和人類面臨著滅頂之災,繼而啟動了逃離太陽系的計劃。

這部電影裡面有著非常多的科技知識點,包括太陽的膨脹向紅巨星轉變,木星的加速效果,點燃木星等,想要讓地球停上自轉,推動地球離開太陽系,人類建造了一萬多座行星發動機,這些發動機高達一萬多米,比珠穆朗瑪峰還要高很多。

每一臺行星發動機可以產生150億噸的推力,可能不少人會好奇,這些發動機使用的動力是什麼?燃料是什麼?要知道這一萬多個巨大的行星發動機肯定是非常強大的,否則也不可能將地球推離太陽系,讓地球成為流浪行星。而且如此多的行星發動機也需要很多燃料才行,這種燃料必然非常常見才行,否則就無法滿足它們的運行。

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?原來電影《流浪地球》中的這種核聚變技術不是我們認為的氫核聚變,而是重元素核聚變。可能很多人都沒有聽說過這種重元素核聚變。

所謂的重元素核聚變其實就是將石頭中所包含的重元素進行核聚變反應,這種技術說起來不複雜,有朋友會產生這樣一個疑問:用石頭當核聚變燃料,這種技術在現實中真的可以實現嗎?答案是理論上可以,但是實際實現起來卻非常難。

相信很多朋友都知道核彈是人類目前最強大的武器,它分為核裂變和核聚變,原子彈爆炸是核裂變反應,氫彈爆炸是核聚變反應。它們的威力自然也是區別很多,核聚變要比核裂變強大很多,完全不是一個數量級。而且核聚變還是一種清潔能源,不會產生汙染,它是未來人類能源需求的希望。

我們都知道恆星內部就是在不停發生著氫核聚變反應,由此可見它的能量有多麼強大了。科學家近幾十年來一直都在研究可控核聚變,重心放在氫元素的同位素氘上,因為它是一種相對更容易發生聚變反應的元素,然而這種技術也不是那麼容易突破的,科學家認為,人類想要實現可控核聚變技術,最少還需要50年。

核聚變需要的燃料,氫元素的聚變要比其他元素容易很多,它只需要1000萬攝氏度左右就可以達到,但是比它高一級的氦元素的聚變就需要近2億攝氏度了,而要使石頭中包含的元素聚變的話,可能需要超過10億攝氏度的溫度,這是連太陽也達不到的。

重元素的聚變是核聚變反應更高級的形式,它一般只發生在大質量的恆星內部,像太陽這樣質量的恆星內部也不可能發生重元素核聚變,只有比太陽質量大8倍以上的恆星才可以實現鐵元素的聚變。不過當鐵元素出現的時候,恆星的主序星階段也就走到了盡頭,但在超新星爆發的一瞬間,元素周期表上鐵以上的大多數元素都將被製造出來,也是因為這個時候的溫度可以達到1500億攝氏度。

《流浪地球》中用石頭當燃料作為重元素聚變的燃料,是一種非常高效的利用方式,其耗費的石頭燃料相當於把地球的地殼挖低了40米,由此可見,想要發動這上萬個行星聚變發動機需要的燃料是龐大的,只有利用地球本身就存在的龐大數量的石頭才能夠滿足。

當然,重元素核聚變,利用石頭當燃料來實現核聚變反應,對於人類目前的科技水平來說,這是一種無法想像的核聚變技術,雖然理論上可以,但要在現實中實現太難了,如果是氫核聚變再有50年可以實現,那重元素核聚變技術有可能再過500年都不一定可以實現。

現實中,科學家也不會去研究這種重元素核聚變技術,這對於人類來說太遙遠了,我們主攻的方向還是氫核聚變。而人類目前發現的最理想的核聚變原料就是氦-3,因為使用氦-3的熱核反應堆中沒有中子,故使用氦-3作為能源時不會產生輻射,不會為環境帶來危害。但是因為地球上的氦-3儲量稀少,無法大量用作能源。幸好,根據月球探測的結果,月球上的氦-3含量估計約100萬噸以上。

100噸氦-3便能提供全世界使用一年的能源總量。月球上的氦-3足夠人類使用一萬年,因此月球是未來人類的能源希望,也是未來人類最重要的資源開採基地。

可控核聚變技術對人類太重要,它可以說是人類文明能否成為真正的星際文明的關鍵。有了核聚變技術,人類的飛船速度可以獲得質的突破,有可能實現亞光速飛行,這樣人類就有了走出太陽系的希望,可以去探索太陽系附近的其它星系,人類也有希望實現外星系移民。

有了可控核聚變技術,人類就可以完全替代現在的化學燃料,這樣,地球不斷惡化的環境就會得到巨大改善,地球將再次回歸到山清水秀的星球。

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