人類有了核電站,為何還要研究核聚變,可控核聚變有哪些難點

2020-12-06 科技小Y

現在公眾的視野中。可能你在初高中的課本上面,聽到過人造太陽的概念,時刻這麼多年,在此被科學家提及的人造太陽,距離造福人類的時間,還有多遠?

關於核聚變反應堆的研究,科學家們一般是在這兩個兩個方向。託卡馬克核聚變裝置和仿星器核聚變裝置。前者使用的是2D磁場控制等離子體,而後者則是依靠一種扭曲的3D磁場。

三體小說,丁儀就說過,我早就感覺到託卡馬克方式是一條死路,這暗示了三體宇宙中用的孔核聚變不是託卡馬克裝置。人類對於核聚變能量的使用,是從不可攻開始的第二次世界大戰期間美素加快對核武器的研製1945年爆炸的首顆原子彈,採用了核裂變原理。不到十年用核聚變的第一顆氫彈爆炸了,但是由於能量不可控,而且殺傷力巨大,只能當作武器使用。

聚變產生較重的核,主要的原材料就是氫的同位素氘和氚。其中都在海水當中的存儲量是很大的,大約是十萬分之一,也就是說每升海水當中就含有0.03克的氘。0.03克的氘,聚變產生的能量相當於300升的汽油。石油的開發是有限的,但是聚變的能源產物,看起來是取之不盡的。而且這個提取方法還十分便捷,人類為了這些能源所以不惜一切代價都要發展核聚變。

確實帶給我們很多好處,不過它也有很多壞處,核洩漏都不算大問題,這屬於小概率事件。最重要的問題,就是核廢料如何處理,核廢料同樣是放射性元素。水泥或者鉛制的箱子,把核廢料封裝起來,將它們放到一個遠離人類的環境,也就是沉入大海。但是核廢料的衰減期,可以長達幾十萬年,目前人們還沒有發現任何一種人工材料能夠經久不衰。

水泥和鉛制的箱子,據說是有著起碼500年的使用壽命。但是實際情況是,有的核廢料的貨櫃僅僅過了25年就已經開始向外洩露了。這種方式遭到過嚴重的批評和質疑,現在主要用到的就是這個固化玻璃材料封裝。

所以核裂變的優勢就很大了。核裂變的產生的元素,它的半衰期是很短的。只要脫離了反應之後,它很快就會變成穩定的元素,這對人類的環境是不會產生危害的。可是,核裂變的反應條件是極其苛刻的。

前面提到了,氫彈就是核裂變的過程。但是引爆氫彈的方式,是依靠著原子彈引爆。也就是說,你要引爆一顆氫彈,首先需要引爆一顆原子彈。要想滿足核聚變,首先你就得需要原子核而不需要電子也就是。需要將原子核和電子分開怎麼做呢,就是通過高溫。然後還要克服各種的阻力,發生聚變反應就必須要滿足三個條件,高溫度,高密度和封裝時間,這三者缺一不可。

高溫是為了讓這些微觀粒子劇烈的運動啊,高密度是為了增大這個原子和接觸的機會。接觸機會大了還不行,還需要一個長時間的封裝環境來保持等離子體的狀態,滿足了這三個條件就是合力發生核聚變了,其實核聚變反應,人們早都實現了這三個條件,可是要同時運行這三個條件,就變得非常困難了。

核聚變是滿足世界能源需求的唯一性,按照現在的能源消耗,他們都巨變的話,能保證人類上百億年的能源消耗。目前雖然仍有悲觀主義者認為,幾十年來的嘗試已經充分說明了通貨巨變,是一條死胡同,但為此付出了無數心血的科學家們,卻依然決定期待人類第一顆人造太陽的升起現在。能源問題如果攻克了,那麼人類的文明將有著巨大的進步。

相關焦點

  • 人類掌握了可控核裂變,為啥還要艱難開發可控核聚變,有意義嗎?
    核聚變質能轉化率可達0.7%,是核裂變的5倍多。既然有這麼多好處,那為什麼現在人類還不開始利用核聚變能源呢?這是由於:核聚變門檻高,技術難題一時難以攻克。人類目前還是只掌握了不可控核聚變,也就是氫彈,「轟」的一聲能量就一下子爆發了,這種能量除了破壞作用,絲毫也不能用於國計民生的造福。可控核聚變的難點在哪兒呢?首先核聚變必須有高溫或高壓。
  • 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。
  • 如果可控核聚實現,對人類有多大幫助?電費會降低嗎
    從已知的能源來看,我們現在使用的最多的還是石油和煤炭等不可再生資源,但是這些不可再生資源總有消耗完的時候,所以科學家一直都在尋找可替代的能源,其中最好的就是核聚變。 核聚變能夠產生大量的能量,就如同太陽的原理一樣。因此可控核聚變也被稱為人造太陽。可控核聚變不僅不會如同核裂變一樣產生大量的核廢料,而且原料也非常容易獲取。
  • 面對可控核聚變,還有多少個50年,技術難點在什麼地方
    在1945年,美國「曼哈頓工程」成功的完成了人類歷史上第一次核爆計劃,當時的科學家奧本海默除了感嘆原子彈的威力之外,也意識到這是人類第一次打開了潘多拉魔盒,不過就算是這樣的科學家也沒有想到,短短的幾十年之後,被潘多拉魔盒帶來的居然是一段和平發展的時期,並且更讓他沒有意料到的是,人們開始著力研究如何才能控制核聚變,期望它能夠帶來永久的清潔能源,讓人類的科學進程迅速提高。
  • 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?
    核聚變的原理並不複雜,人類在20世紀30年代就開始進行核能相關理論的研究,並且以此為基礎研製了原子彈與氫彈等武器,其中原子彈是核裂變反應的典型應用,而氫彈是核聚變反應的產物。
  • 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?
    地球上的海水中氘的儲存量高達45萬億噸,對於人類來說,一旦順利掌握穩定的核聚變發電能力,那麼人類文明在接下來的數十億年將不愁能源問題。核聚變反應堆發展狀況人類早早的掌握了可控核裂變反應,原子彈早早用於實戰,而第一代核電站於上世紀50年代就開始正式投產應用,目前已經發展到了安全性更好、核廢料產生量更少的第四代核反應堆。
  • 倘若人類掌握可控核聚變,世界將會怎樣?好事還是壞事?
    文/濤聲依舊倘若人類掌握可控核聚變,世界將會怎樣?好事還是壞事?如何尋找可替代的能源,一直是人類在不斷尋求突破的問題,在很早之前,人類所使用的各種能源一直都是來自於地球之上,並且並非取之不盡用之不竭的,也就是說人類不斷的使用之後,總有一天這些能源會枯竭,不尋找到一種取之不盡,用之不竭,並且對環境沒有危害的能源的話,那麼人類文明或許終將走向毀滅。
  • 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。
  • 從核裂變到可控核聚變,幾字之差卻是巨大鴻溝
    1942年世界第一座核反應堆在美國誕生,隨後人類就加速了核能的應用進程,不過可惜的是首先應用於戰爭與武器,這就是美國在日本投下兩顆迄今唯一用於實戰的原子彈,隨後才是1954年世界第一座商用核電站在前蘇聯建成。 核能有三種形式,分別是核裂變、核聚變和核衰變,其中能為人類提供大量能量的是裂變能和聚變能。
  • 可控核聚變材料提取和環流器均有新突破
    可控核聚變,是全世界公認的未來綠色潔淨能源,而且不產生核廢料。可控核聚變是核領域專家普遍認可的,可以實現清潔無窮能源的有效途徑,其將讓全球能源短缺問題得到根本性的解決。可控核聚變反應最基礎的原料就是氘原子和氚原子。氚通過中子和鋰反應就可以大量獲取。而氘在大氣中含量不多,主要是在海水中提取。每升海水中蘊含的氘含量是0.03克,其完全核聚變反應中爆發的能量可以媲美300升汽油。
  • 如果可控核聚變研究成功了,短期內會有哪些突破性的應用?
    可控核聚變是人類能源的下一階段構想,目前正處在研究當中,還有許多的問題擺在面前,我們總提到可控核聚變還有多長時間問世,大家都會回答五十年之後,以現在來看,恐怕還得三十年,甚至更久。核聚變是一種比核裂變更高效率地獲取能源的方式,不可控的核聚變或者說是用自身引力控制的核聚變我們都見過,那就是頭頂的太陽。而可控的核聚變就是咱們實驗室中正在研究的那個。
  • 「人造太陽」離圓夢又近一步——揭秘中國可控核聚變
    今天支撐人類社會運轉的幾乎一切能源,從煤、石油、天然氣,到風能、生物能,其本質都是太陽能,而太陽上的能量來自內部的核聚變反應。就像兒歌中所唱的,「我有一個美麗的願望,長大以後能播種太陽」,長久以來,人類一直希望通過可控核聚變反應,來創造出「人造太陽」,從而獲得源源不絕的能源,大幅改善人們的生活。
  • 揭秘中國可控核聚變:「人造太陽」離圓夢又近一步
    今天支撐人類社會運轉的幾乎一切能源,從煤、石油、天然氣,到風能、生物能,其本質都是太陽能,而太陽上的能量來自內部的核聚變反應。就像兒歌中所唱的,「我有一個美麗的願望,長大以後能播種太陽」,長久以來,人類一直希望通過可控核聚變反應,來創造出「人造太陽」,從而獲得源源不絕的能源,大幅改善人們的生活。
  • 大連理工大學在可控核聚變研究中取得重大進展
    人民網大連3月25日電 (王金海、張世安)目前的核反應堆都是採用核裂變反應,其主要兩大缺點就是:所需的核燃料鈾地球含量稀少與核輻射汙染難處理。日本福島第一核電站就是採用核裂變反應堆,所以由於大地震導致的核輻射元素洩露事故令全世界談核色變。由於核裂變堆的這兩個致命弱點,全世界的核物理專家都在積極探索更為安全的、持續時間更長的核能開發和利用。
  • 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。目前人類使用託卡馬克裝置,能穩定且持續達到的極限溫度是2億度,而且還是在壓力不高的情況下,根本無法點燃重元素的核聚變反應;如果不考慮反應溫度,那麼人類世界就能像《流浪地球》中的那樣,燒石頭就能獲取源源不斷的能源。為何是氘-氚,而不是氫的其他同位素組合?
  • 人類可控核聚變迎裡程碑式進展,五常共建人類未來
    目前,國際上已經把核聚變朝著可控的方向發展了。7月28日,國際熱核聚變實驗堆計劃儀式在法國啟動了。這是人類有史以來最大的核聚變工程,實驗堆將進行為期5年的組裝,這標誌著人類在核聚變領域新的突破階段到來了。
  • 人類為什麼要研究可控核聚變?
    歡迎大家閱讀本期的鵬楊科普,在前兩天的文章中給大家說了一下人造太陽的事情,其中我們說到了可控核聚變的問題,但我們並沒有談到可控核聚變的用途,沒有說到我們人類為什麼要花這麼大的精力去實現可控核聚變,若是實現了到底能有什麼作用?本期的內容我們就主要來說說可控核聚變的用途。
  • 聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施開工 國際核聚變最強平臺
    核電已經成為世界最先進、最清潔的能源之一,目前人類掌握的還是可控核裂變,一旦突破可控核聚變,人類就不用為能源發愁了。在核聚變領域,中國又來迎來一座大型工程,日前聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施正式獲批,進入建設階段。
  • 用核聚變拯救人類能源危機,中國是希望之光嗎
    :可控核聚變。那麼,人類能不能控制這種洪荒之力,為人類所用?研製氫彈的同時,科學家們也開始了核聚變民用化的研究,也就是可控核聚變。但是談何容易。人們都說航空發動機和晶片研究起來真難,但這兩位要是跟核聚變相比,簡直就是小巫見大巫。
  • 用核聚變拯救人類能源危機,中國是希望之光嗎?
    :可控核聚變。那麼,人類能不能控制這種洪荒之力,為人類所用?研製氫彈的同時,科學家們也開始了核聚變民用化的研究,也就是可控核聚變。但是談何容易。人們都說航空發動機和晶片研究起來真難,但這兩位要是跟核聚變相比,簡直就是小巫見大巫。