轉載:氦三是終極核聚變燃料,假如用氦三,會更容易實現可控核聚變嗎?

2021-02-15 王工說

可控核聚變是人類夢寐以求的能源,但即使到現在為止仍然依然在核聚變的門檻外徘徊,似乎有一隻腳已經跳到門檻裡,但距離真正的核聚變永遠都還有五十年!都說月球上氦三資源豐富,是核聚變理想的燃料,那麼將現在正在搗鼓的氘氚核聚變換成氦三,會更容易實現嗎?

一、氘氚核聚變的特點

氘和氚都是氫的同位素,但自然界中最豐富的氫的同位素氕,這種只有一個質子和一個電子組成的氫佔了絕大部分,但很可惜,氕要實現聚變非常困難,因為氕會首先聚變成氦2,需要兩個質子和兩個中子,而質子轉變為中子的質量是增加的,還需要吸收聚變所釋放的部分能量,但氦2並不穩定,很快就會衰變成氘!自氘核開始,聚變就開始開掛了,因為氘核中有中子,不需要再從質子經過漫長的時間轉變過來!

氚氘聚變H-2+H-3==He-4+n,聚變成氦四+一個多餘的中子,而問題也從這跑出來的多餘的中子中而來!對於裂變來說,原子核受到自由中子的轟擊而產生裂變!這個自由中子還得製造出來,但在核聚變堆中這個中子卻是一個徹頭徹尾多餘的東西!因為中子會被其他材料的原子核捕獲而發生嬗變,一種正兒八經的材料經過一段時間的中子輻射後就成了放射性材料,這讓人情何以堪呢?

二、有沒有多餘中子釋放的核聚變嗎?

當然有,傳說中的氦三就是!但很可惜氦三在地球上的天然含量只有1.38x10-6的級別,因為氦三主要來自於太陽風中的高能粒子,而地球有一個磁場和厚厚的大氣層,將這些寶貴的核聚變材料統統阻擋在外,而既沒有磁場也沒有底氣的月球當然全盤接收啦!(按這個成因,水星上的氦三會更多)

3He+3He→4He+2H,ΔE=12.860MeV;

氦三的聚變是完美的,釋放巨大能量的同時,還沒有中子汙染,這絕對是一種理想的能源!

三、為什麼我們不直接上氦三聚變?

吃瓜群眾的疑問,既然有那麼多好處,為什麼不直接上氦三聚變?

氦三是我們終極的聚變能源,但實現氦三聚變即使在規劃中也屬於第三代,即按正常來考慮它的實現是比較困難的,那麼請問是什麼原因?

比結合能:強作用力是原子核中質子與中子節能的力量,原子核中質子與中子的數量越多,需要將其分開的能量就越大(鐵元素為峰值),元素的結合能與質子與中子數之比就是比結合能!

從氘、氚到氦元素的比結合能是節節攀升的,簡單的理解就是氘氚實現核聚變相對比較容易,而氦要實現聚變所需要的能量就會高得多!因此在那個氘氚核聚變還在天上飛的時候就奢望氦三聚變,似乎還早了一點!我們也記得前蘇聯物理學家、託卡馬克之父Lev Artsimovich曾經說過一句很黃很暴力的名言:

「當整個社會都需要的時候,聚變就會實現!「

好吧,我們現在已經很需要了,因為再不實現,人類就要將地球在數十億年間積累的化石燃料消耗殆盡了,不僅如此,還會把地球搞得烏煙瘴氣,這後果很嚴重!啥時候能實現啊,給大神您燒高香了哈!

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  • 氦三是終極核聚變燃料,假如用氦三,會更容易實現可控核聚變嗎?
    可控核聚變是人類夢寐以求的能源,但即使到現在為止仍然依然在核聚變的門檻外徘徊,似乎有一隻腳已經跳到門檻裡,但距離真正的核聚變永遠都還有五十年!都說月球上氦三資源豐富,是核聚變理想的燃料,那麼將現在正在搗鼓的氘氚核聚變換成氦三,會更容易實現嗎?
  • 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。
  • 為啥可控核聚變一定要用月球上的氦-3?
    這將使火箭在離開地球時只攜帶部分燃料飛向月球,然後在前往下一個目的地之前在月球上補充燃料。或者,我們可以把月球上的燃料運送到近地軌道的燃料庫,讓火箭停靠在離地球更近的地方補充燃料。不管怎樣,這都意味著更有效地利用燃料和能源,這將為宇宙飛船進入深空提供一個跳板,降低太空探索的成本。氦3可作為能源,那為啥一定要用氦-3呢?
  • 可控核聚變能用在火箭上嗎?
    可控核聚變能用在火箭上嗎?能否幫助我們人類登上火星?可控核聚變是火星任務返回的關鍵自人類在1961年登上月球,浩浩蕩蕩的阿波羅任務在1972年結束後,我們就把目光投向了太陽系中最有可能存在生命的行星火星,火星也是我們人類下一個最有可能登陸的地外行星,在太陽系中除地球之外的所有行星中,沒有一個星球像火星那樣一直吸引科學家的注意力。
  • 《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?
  • 可控核聚變為什麼是終極能源?
    有了中子之後氘核在去跟氫核結合的時候雖然還是有排斥力,但是氘核中的中子會輔助把氫核拉過來,這樣就大大降低了聚變的難度,氘核跟氫核會聚變成氦三,就是大家都想去月球上搶的那個氦三,氦三接下來還會繼續發生聚變最終生成氦四。這就是太陽當中核聚變的整個過程了。
  • 科學最前沿的可控核聚變什麼時候能實現
    另一種材料是氚,這種元素就沒有那麼常見了,但僅在地球所能採集到的氚也足夠我們用上萬年了,而且太陽系中大量存在的氦3也是極佳的核聚變原料。第1點:如果可控核聚變能徹底成熟能源就會多的用不完,電費約等於不用錢,這個影響就會很大了,比如無線充電就可以全面普及,其實無線充電的技術早就有了,現在的手機就能夠在靠近無線充電器的時候充電,它的原理就是物理的楞次定律,掌握可控核聚變後能源多得用不完,無線充電站會充滿整座城市,電就像空氣一樣充滿整個城市的空間。
  • 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?答案,你看完這篇文章,也許心中就有數了。今天我們就通俗的來聊一聊「什麼是可控核聚變?」
  • 一天內公布三大世界頂級科研項目,可控核聚變應用世界之巔的基礎
    有看官會問:可控核聚變是什麼,為啥用它發電?所謂可控核聚變最直接的產物就是氫彈,它是以氫的同位素氘和氚為核爆炸燃料,先由原子彈做「核引信」(核扳機)爆炸之後產生的接近5000萬攝氏度的高溫點燃氘和氚後,形成更大的熱核反應…也就是用核裂變轟擊核材料形成核聚變。
  • 中國可控核聚變技術領先世界,未來依靠核聚變能飛出太陽系嗎?
    核聚變反應按照目前的科學理論,人類能夠實現的能源最高的利用是可控核聚變反應。要了解可控核聚變之前,我們就得先搞懂核聚變反應。我們都知道,原子是由原子核和核外電子構成的,而原子核又是由質子和中子構成的。所謂的核聚變指的就是原子核的融合,也被稱為核融合。
  • 熱核聚變太難了,有科學家在搞冷聚變,這是偽科學嗎?
    據估計,凍結在月球深層土壤中的氦三超過700萬噸,1500噸氦三就可以供全球一年的能源消耗。月球上的氦3可供地球使用幾千年。 》氦3作為核聚變原料,最大的優點,就是容易實現,容易控制。 氦三聚變形成氦,只要一步反應就可以。而人類目前使用的聚變燃料是氫的同位素氘和氚。
  • 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?
    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。我們不妨先了解一下核聚變的相關知識。 什麼是核聚變?當質量大的原子核吸收一個中子之後,就會分裂成兩個或者多個質量較小的原子核,同時放出兩個或者三個中子,並且釋放大量的能量,同時這個過程會繼續裂變下去,由此形成鏈式反應。 核聚變則是由質量較小的原子,在特定條件下發生原子核聚合反應,生成質量更重的原子核的過程。
  • 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。,使得D-D,D-T的結合更加容易,由於氚核比氘核還多一個中子,所以D-T的結合比D-D更容易,反應截面更大,核聚變所需溫度也就更低。
  • 可控核聚變實現了,會對人類社會產生翻天覆地的影響嗎?
    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。
  • 全球最大「仿星器」核聚變反應堆首次製造出氦等離子
    12月10日,德國馬克思普朗克學會等離子體物理研究所(IPP)宣布,用於研究核聚變反應的世界最大仿星器「Wendelstein 7-X」已開始運行,並首次製造出了氦等離子體。「Wendelstein 7-X」是世界上最大的仿星器聚變裝置,用來研究仿星器裝置應用於聚變電站的適用性和可行性。
  • 新一代可控核聚變研究裝置建成放電 我國跨入可控核聚變研究前列
    來源:人民日報原標題:新一代可控核聚變研究裝置建成放電(創新前沿)本報北京12月4日電 (記者蔣建科、馮華)12月4日,我國新一代可控核聚變研究裝置「中國環流器二號M」(HL—2M)在成都正式建成放電
  • 人類未來能否實現可控核聚變?
    核聚變不像我們現在使用的核能,將稀有的、具有放射性的重元素通過核裂變,釋放能量並產生放射性廢物。核聚變利用的是一些輕的、普通的、無害的元素,比如氫,然後聚變出一些同樣無害的東西,比如氦。就像太陽和氫彈一樣,都是靠核聚變來運作的。
  • 氦-3是一種清潔核聚變原料,為什麼地球上這麼少,月球上這麼多?
    儘管氦-3是那種傳說中的核聚材料,但地球上卻極為稀少,甚至翻遍整個地球也只能提純半噸,這要比世上絕大部分物質都稀有!但月球卻相對比較豐富,當然並非只有月球上有,在水星上也有!只要是沒有大氣層的天體都會有,但距離太陽越近其沉澱濃度將更高一些!
  • 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?
    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。比如目前的氫彈就採用的是核聚變技術,但是這種核彈不受控制,產生的威力太恐怖,所以想要掌握可控的核聚變技術難度是非常大的,目前全球沒有任何一個國家掌握這種技術,這也是為什麼核聚變電站始終沒法建設的重要原因。
  • 可控核聚變是怎麼回事?清潔無汙染,還能為人類源源不斷提供能源
    基於這一點,可控核聚變被視為第一宇宙文明實現的標誌,而第二宇宙文明實現的標誌則是傳說中的戴森球。正如我們所知道的那樣,目前人類關於可控核聚變的研究還處於發展階段,同時人類也未能達到第一宇宙文明的標準。 那麼,到底什麼是可控核聚變呢?為什麼會將可控核聚變的實現作為第一宇宙文明實現的標誌呢?其實,對於核聚變,人們還是有一定了解的。