中國的人造太陽世界矚目,美國重返月球想要控制未來的能源?

2020-10-03 影事錄

在2004年1月,時任美國總統布希發布「新太空探索計劃」,計劃內容包括研製下一代太空飛行器、重返月球乃至登陸火星等。2006年12月,美國航天局發布「重返月球」計劃,描繪了21世紀美國探索月球的整體框架和目標,其核心目標是在月球上建立永久基地,並以此為跳板,為登陸火星乃至探索更遙遠的太空做準備。 根據這項計劃,美太空人首次重返月球的時間可能在2020年,最初的幾次登月可能均由4名太空人完成,他們在月球表面停留時間約為7天。隨後,美國將逐步建設月球基地,其中包括電力供應系統、月球車裝配及太空人居住區。最終的月球永久基地將可以保障太空人在月球上持續居住180天,可為載人探索火星做準備。

「重返月球」計劃中有三個重要方面值得注意。一是肩負「重返月球」載人飛行任務的下一代太空飛行器「奧賴恩」。目前該太空飛行器已進入研製的關鍵階段。按計劃,「奧賴恩」將於2014年前執行飛往國際空間站的任務,並在2020年執行飛往月球的載人飛行任務。 二是月球著陸器。它是重返月球的關鍵設備之一。美國航天局說,這種著陸器將能在無人駕駛和有人駕駛兩種模式下工作,能快速、安全地在月球上任何地點著陸。 三是建設月球永久基地。

當年登月是主要為了與蘇聯爭奪太空霸權,在蘇聯放棄登月計劃後也就擱淺了。現在登月是為了月球上的資源,如氦3,這是核聚變的理想材料,在月球上儲量豐富,而地球上卻十分貧乏。氦3作為一種熱核反應的材料是非常安全的,利用氦3與氘進行聚變的產物是沒有放射性的質子,沒有中子的產生。

中子束進入人體後,能夠破壞人體細胞組織和中樞神經系統。當人體吸收的中子束達到一定劑量時,會造成人體損傷甚至死亡。

氦3來源於太陽,太陽風帶著氦3向四周擴散。月球由於沒有大氣所以成為很好的氦3「收集器」,在月球誕生的45億多年的時間裡不停地收集著氦3。所以,月球表面存在著大量的氦3,估計儲量有100萬噸。

核聚變,是太陽和恆星的能量來源。核聚變概念的出現可以追溯到20世紀20年代,此後科學家們一直在這一領域不斷深入探索。

目前的傳統核能獲取依賴於裂變,即重原子核被分解產生較輕的原子核。而核聚變則是將兩種輕原子核結合為一種重原子核,在此過程中會釋放出巨大的能量,但相比於核裂變,核聚變不會產生核輻射廢料,放射性極低。

美國之所以此次決定「重返月球」,有其對現實因素的考量。首先,就月球本身而言,其礦產資源豐富,僅鐵就可能有上億噸。通過對從月球上採集的樣品進行分析,可以推斷月球表面的塵埃中含有大約有55種礦物,其中6種是地球上從未發現的物質。

  據推斷,月球表面還存在有儲量為100萬至500萬噸的氦-3,氦-3是核聚變反應堆的理想原材料,如果用氦-3取代核聚變中氘,不僅能解決能源危機,還可以大大減少核汙染。

由於核聚變的燃料現成、豐富,不存在溶解的物理可能性,輸出也不會產生二氧化碳。核聚變又被稱為地球「能量的聖杯」。當世界迫切需要替代能源來減少氣候變化帶來的嚴重影響時,它可以幫助生產零排放的能源。

然而迄今為止,核聚變在地球上作為一種發電方式,很大程度上仍處於理論階段。儘管科學家們已經成功實現了核聚變,但僅限於很短的時間,所產生的能量從未達到核聚變實際發生所需的能量。這是因為,產生可行的聚變能源仍然沒能被攻克。

要實現核聚變,等離子體必須被加熱到1.5億攝氏度的極高溫度,這比太陽核心的溫度還要高十倍。迄今為止,還沒有那個反應堆能夠做到這一點。

託卡馬克裝置於二十世紀60年代在蘇聯誕生,又被稱為「人造太陽」。這是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環形裝置,中央是一個環形真空,外面圍繞著線圈。通電時其內部會產生巨大螺旋形磁場,將其中的等離子體加熱到很高溫度,以達到受控核聚變的目的。時至今日,託卡馬克仍是工業規模核聚變的首選

「EAST超導託卡馬克」項目是由中國科學學會下屬、基地設在合肥的等離子研究所負責實施的,總投資大約為3億元人民幣,總耗資僅為其他國家建造類似項目成本的十五分之一到二十分之一。

新的裝置將是對中國第一代名為HT-7的託卡馬克裝置的升級,HT-7託卡馬克裝置也是由合肥等離子物理研究所在20世紀90年代時建造的,HT-7託卡馬克裝置的建成使得中國成為繼俄羅斯、法國和日本之後第四個擁有此類設置的國家。 從2000年開始,專家們在HT-7的基礎上,開始建另一個更大型的代號為EAST的新一代全超導非圓截面託卡馬克裝置。

作為HT-7的升級版,EAST能使等離子穩定運行的時間達到16分鐘以上,能獲得一億度以上的高溫,遠遠超出世界上現有最先進的託卡馬克裝置,從2003年開始,該裝置開始進入總裝階段。 多年來,熱核聚變研究一直圍繞著一個主題:實現可控的核聚變反應,造出一個「人造太陽」,一勞永逸地解決人類的能源之需,代替煤、石油等不可再生資源。

相信到了這裡大家明白了,月就是一個巨大的寶庫等著我們去發掘,不僅能解決我們的能源問題,也是我們探索宇宙的中轉站,相信以後關於月球的話題還會更多。

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