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?

2021-01-09 騰訊網

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。我們不妨先了解一下核聚變的相關知識。

什麼是核聚變?

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。

核裂變是一個質量較大的原子核分裂為幾個質量較小的原子核的過程。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。核聚變反應過程中,一般需要超高溫與高壓,兩個原子核發生碰撞,中子與電子會選擇逃離出去,在這個過程中會釋放大量的熱量。

不管是核裂變還是核聚變,由於原子核的質量發生變化,根據質能方程E=mc^2,損失的質量都會轉換成巨大的熱量。只不過核裂變所需的原子核為鈾、釷等,它們具備強烈的放射性,半衰期長,核反應產生的廢料依然具備很強的輻射能力,對生物會產生致命的危害,而核聚變所需的原子核為氫的同位素氘或氚,聚變反應後形成的氦不會產生汙染。

相比較之下,核聚變由於安全無汙染,不會對環境造成傷害,明顯要更受人類青睞,同時地球上的鈾礦資源相對緊缺,而氘元素能夠直擊從海水中就可提取出來。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。而核聚變反應堆卻遲遲無法進行商業化應用,因為核聚變掌控的難度非常大。自然界中,包括太陽在內的恆星通過核聚變反應發光發熱,這些自然的天體神秘莫測,人類只能夠通過各種理論來解析它,卻連靠近一些都無法做到,所以人類想通過科技手段製造出類似太陽這樣的裝置確實太難。

要知道太陽中心擁有3000億個大氣壓的壓力和高達1500萬°C的溫度,這樣的環境下,核聚變反應能夠源源不斷的發生,但人類的材料無法承受如此高強度的大氣壓,只能夠在溫度上下手。為了使原子核達到等離子態,從而發生直接碰撞,只需要上億攝氏度的溫度就能夠實現。不過如何約束上億度高溫,讓等離子束髮生碰撞,並且穩定高效的發生聚變反應,是擺在科學家面前的難題。

主流的可控核聚變方式有兩種,一種採用慣性約束方式,另外一種採用磁性約束方式,起手後者是目前國際社會中主流的做法,也是公認最有前途的方式。

磁性可控核聚變反應裝置名為託卡馬克裝置,又稱人造太陽。這種裝置將加熱到上億攝氏度的等離子束通過磁場作用約束在真空裝置中,讓氘等離子發生聚變反應。

國際社會核聚變領域的研究採用共同合作參與的模式,這個項目名為國際熱核聚變實驗堆計劃,這是當今世界規模最大的國際工程,由英國、美國、日本、中國等多個大國參與,目的是儘快的掌握核聚變這種劃時代的能源。

我國在核聚變領域內的研究處於第一梯隊,1984年中國環流器一號(HL-1)建成,標誌著我國核聚變從理論階段開始正式向試驗階段過渡。2006年,中國EAST裝置實現了首次「點火」,運行時間超過1千秒。2012年中國EAST裝置注入系統(NBI)完成了氫離子束功率3兆瓦、脈衝寬度500毫秒的高能量離子束引出實驗。2020年12月4日中國環流器二號M裝置在成都建成並實現首次放電。這些成績意味著中國自主掌握了託卡馬克裝置,為未來真正高效的應用核聚變技術打下了堅實的基礎。

可控核聚變未來會給人類社會帶來哪些變化?

核聚變作為清潔能源,將使人類擁有用之不竭的能源,人類社會將會發生翻天覆地的變化。目前的核裂變反應堆全部被淘汰,人類將不再擔心核汙染。世界上的貧困、戰爭、飢餓等現象將會大幅度減少,同時溫室效應將會得到緩解,人類社會機械動力將會迎來一次大變革。

1、溫室效應得到緩解

目前人類的能源使用結構中,煤炭、石油、天然氣等不可再生資源依然佔據超過70%的比例,其中石油佔比超過30%,圍繞著石油資源的爭奪,人類社會發生了無數次戰爭,而石油等化石資源燃燒後又會大量的釋放二氧化碳,由此產生了溫室效應,使得地球大氣內溫度增加,冰川融化。

而一旦核聚變產生穩定高效的放電,人類擺脫了對化石燃料的依賴,將不再向大氣中釋放二氧化碳,那麼溫室效應將得到大幅度緩解,冰川融化的速度會減慢,氣候異常現象出現的頻率會減少。

2、糧食危機消失

世界上很多地方依然面臨著糧食短缺問題,同時因為運輸成本比較高,糧食分配不均衡,使得貧困地區6.9億人依然處於飢餓之中。可控核聚變會帶來無窮的電力,那麼糧食運輸成本會降低,同時可直接在落後地區建設糧食基地,貧瘠的土地上能夠建設各種各樣的大棚,不用擔心資源消耗。

3、水資源不再緊缺

不需要考慮電力成本,海水淡化技術可大規模普及應用,乾旱地區用水將不再是難事。沙漠變綠洲成為可能,工業用水會大幅減少,水資源可以得到高效的循環利用,人類社會將有機會解決淡水資源短缺難題。

4、機械動力重塑

化石燃料汽車可直接淘汰出局,新能源汽車徹底的普及開來。人類社會機械動力重塑。未來核聚變裝置小型化解決後,太空旅行不再是夢想,太陽系將成為人類的後花園。

總之,核聚變技術將會給人類社會多個領域帶來翻天覆地的變化,人類文明將掀開新的一頁。

相關焦點

  • 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?
    什麼是核聚變?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。核裂變是一個質量較大的原子核分裂為幾個質量較小的原子核的過程。
  • 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?人類一直在研究如何控制核聚變,一旦掌握如何控制核聚變之後,那麼核聚變就會變成一種取之不盡,用之不竭並且非常廉價的能源,在這之後將會發生很多的事情。
  • 可控核聚變並不能讓汽車成核動力,但它依然將徹底改變人類未來!
    從理論上來說,在可控核聚變成功之後的很長一段時間內都不可能代替石油成為汽車的動力來源!核聚變之後能源取之不盡,為什麼不能作為汽車的動力來源?難道還要燒石油汙染空氣嗎?其實完全不是這樣!在可控核聚變和汽車的動力來源還有一條鴻溝必須跨越,那是什麼呢?
  • 如果實現了可控核聚變,人類生活會變成什麼樣?
    人類社會得以快速發展的基礎之一就是能源。目前人類主要的能源是化石能,它帶給了人類社會巨大的進步,但同時也帶來了環境汙染,氣候變暖等問題,化石能源屬於不可再生能源,總有一天會被耗盡。所以世界各國科學家一直在尋找一種更加清潔高效的能源。
  • 可控核聚變到底是什麼?
    可控核聚變被我們人類稱為無限的清潔能源,也就是說,若是掌握了可控核聚變技術,那我們就會擁有無限的能源來使用,從此不用再擔心能源缺少以及環境汙染的問題。我們現在所使用的能源主要來源就是石油和煤,而這些能源是有限的,他它總會有用完的一天,所以我們就要想辦法來解決這個問題。
  • 當人類攻克了核聚變的大關之後,世界會發生什麼變化?
    核聚變是未來能源利用的有效方案。核聚變是獲得原子能的一種方法,通過輕核聚合而引起原子核結合能變化。核聚變所需的燃料是氘,在地球上的儲量是用之不竭的。重要的是,核聚變沒有放射性,所以相對目前原子能利用的核裂變,更加安全和潔淨。但如何實現可控核聚變,目前還是人類需要解決頭等大問題。
  • 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。
  • 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。
  • 當人類攻克核聚變的關卡之後,世界將會變成什麼樣呢?
    你是否想過這樣的一個問題:當人類攻克核聚變的關卡之後,世界將會變成什麼樣呢?很多人都說,這是無稽之談,但是,有時候,多一分猜想,未來就多一份可能的美好。億萬年的造化,形成了日月星辰,造就了暑來寒往,保持了溫度的基本穩定,才適應了萬物生長和人類生存,一旦打破平衡,地球能量急劇擴張,變成火球,冰山融化,海水沸騰,後果想都不用想。在一級文明時人類現已可以把握核能並運用在世界飛船上,進行太陽系內的航行。那麼人類還需多久把握核能呢?現在咱們是這樣運用核能的,用核能燒水發生動力就跟蒸汽機燒煤相同。
  • 能量的本質是什麼?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。
  • 科學最前沿的可控核聚變什麼時候能實現
    得到的回答都是應該還有30~40吧,40年前是這個回答,40年後的今天還是這個回答,雖然是這樣但可控核聚變依然是科學的最前沿全力研發的重要主題,因為它對我們來說實在是太重要了,為什麼說目前的可控核聚變研究並沒有那麼樂觀,為什麼可控核聚變非常的難,一旦成功了又意味著什麼。
  • 可控核聚變能成為未來汽車的動力來源嗎?
    可控核聚變在未來實現民用化,成為替代化石燃料的能量來源,這是完全有可能的。而且人類的文明想要發展到更高的水平,這一步也是必然之路。人類現在已經可以實現核聚變反應,那就是氫彈爆炸,其本質反應是氫的兩種同位素——氘和氚,發生核聚變反應。
  • 如果人類實現了可控核聚變,在短時間內會有什麼「魔改用法」?
    先來定義一下,怎樣才能算是「實現了可控核聚變」,核聚變不是隨隨便便就可以點燃的,我們需要先向反應爐輸入能量才有可能從中得到輸出的能量,這裡有一個被稱為「Q值」的衡量指標,它指的是輸出能量與輸入能量的比值,我們可以看到,只有在這個「Q值」大於1的情況下,可控核聚變才會實現輸出能量大於輸入能量
  • 真正的頂尖黑科技,世界各國可控核聚變技術哪家強?
    核聚變作為「來自未來」的能源,相比如今已有的能源,可利用的能源密度更高,幾乎可以將能源成本無限降低到零。然而,世界各國都沒有完全掌控可控核聚變技術,更談不上利用核聚變發電。那麼,世界各國的核聚變研究的情況如何?通過本文來盤點一下。
  • 可控核聚變技術有什麼用?
    ,而隨著人類科技的發展,也逐漸尋找出了新的能源。其中一種能源就是可控核聚變,我們人類最開始認識到核能的威力還是在第二次世界大戰裡面,那強大的破壞力讓我們明白核能的威力,而原子彈運用的卻是核裂變,這種核裂變會產生大量的核廢料,也就無法作為長久之計。後面科學家們將目標放在了核聚變上。人類在可控核聚變技術上又一突破?未來可能實現太空旅行!
  • 可控核聚變是什麼?將引發第四次工業革命
    除此之外,因為第一次工業革命和第二次工業革命都是能源的革命,所以許多科學家認為可控核聚變將會帶來第四次工業革命。今天我們就來了解一下可控核聚變!,什麼是核裂變。,使它受控制地發生大量的原子核聚變反應,釋放出能量 。
  • 人類可控核聚變迎裡程碑式進展,五常共建人類未來
    文/白夜 核發展對於任何國家的發展前程起著至關重要的作用,擁有先進核技術可以幫助建立多個領域發展。一方面是會擁有強大軍事基礎,核武器的威懾力是世界公認的,而擁有核武器的國家在國際的地位也是顯而易見的;另一方面,核技術在能源和科技方面同樣至關重要,核電,核能比普通的能源開發效用高出幾十甚至數百倍,雖然極其困難但是一旦投入使用將受益長久。
  • 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。
  • 未來將改變世界的新科技(2.可控核聚變)
    一.什麼是核聚變?核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核,並釋放出能量的過程。核聚變最有名的例子就是太陽了,太陽一直持續發生著核聚變反應,這種反應已經持續了50億年了。太陽核聚變反應主要藉助氫同位素——氘與氚的聚變。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射,不產生核廢料,當然也不產生溫室氣體,基本不汙染環境。是未來最理想的能源。
  • 中國掌握可控核聚變技術,印媒:鋼鐵衣以後也是「中國製造?」
    核能發電,作為繼蒸汽機和然後發電機後的世界又一新型發電方式,是當下世界各國都在研究的難題。人類此前對核能的掌控是十分粗淺的,僅利用到原子核裂變時釋放的動能轉化為熱能,再用這一熱能去燒水轉化為動力,將其形容成一個大號的蒸汽機一點沒錯。