可控核聚变点火成功!35亿美元烧了几壶水,但清洁能源指日可待

星空承载梦想 2024-04-08 09:53:17
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根据科学家的研究我们能够知道,地球是一颗有生命存在的星球,在地球上生活着各种各样的生物,有海洋生物、有陆地生物、有两栖生物和微生物等等,人类是地球上最有智慧的生命,从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度是非常快的,人类之所以能够有如此之快的发展速度,离不开对资源的利用,现在人类能够利用的资源有很多,比如说煤炭、石油、天然气等等,煤炭是我们平时生活中最常见的能源之一,根据科学家的研究得出,煤炭是地球早期产生的,它主要的形成物质就是植物,在地球早期的时候存在大量的物质,比我们现在地球上看到的植物数量要多,大量的植物死后越堆积越多。

经过植物一代又一代的沉积,形成了我们现在能够利用的煤炭,科学家认为煤炭的形成主要分为两步,第一步被称为是泥炭化阶段,在这个阶段,很多微生物将植物不断的分解,造成植物的腐化和生物化学凝胶,通过这种化学方式,让大量的植物形成了富含碳、氢、氧、氮等众多元素的泥炭,第二阶段被称为是碳化阶段,由于地壳运动的原因,这些泥炭被埋藏在地下,由于地球内部的高温和高压环境影响,会将这些泥炭中的氢、氧、氮的含量减少,最后留下碳元素,当碳元素堆积到一定程度后,就形成了褐煤。除了煤炭之外,石油也是我们最常见的能源,关于石油的形成,在科学界有很多说法,其中一种就是生物成油说,这个说法最早是由罗蒙诺索夫提出的。

他认为,在远古时期,地球上有很多动物、植物和微生物,这些动植物死亡以后就会被埋葬在地下,经过日积月累的沉淀,会形成沉淀物,然后经过地质变迁,最终就会形成沉积岩,这些沉积岩在一定的高温下,就慢慢形成了石油,除了这个说法之外,还有的科学家认为,石油并不是动植物形成的,而是 地球内部的碳氢化合物形成的,如果按照这个说法来看的话,那么地球任何区域都应该存在石油,但是目前科学家发现的最古老的油田形成于5亿年前,而这个时期正是寒武纪生命大爆发之后。不过这些资源都是比较低级的能源,对于人类来说,核聚变才是现阶段比较强大的能源,我们的太阳是一颗恒星,从诞生以后太阳就在源源不断的释放热量,到现在已经燃烧了50亿年的时间。

太阳之所以能够燃烧这么长时间,就是因为内部核聚变的反应,我们地球上的燃烧是需要氧气的,太阳的核聚变反应过程完全不需要氧气的加入,所以太阳才能够在真空环境中表现出和燃烧一样的特质,我们地球上绝大多数燃烧的本质,其实是物体内部的游离基发生了变化,并在不同阻燃剂的帮助下发生相应反应。但是热核反应却并不是这样,科学家经过研究发现,太阳内部的热核反应,其实就是四个氢核不断聚变成一个氦核的反应,和地球的燃烧反应相比,它的反应强度和速度要远远超过我们印象之中的燃烧,具体来说,四个氢原子核聚变成一个氦原子,其质量会亏损0.0069个单位,这些亏损的质量会转化为能量释放出去,然后被其它天体吸收,太阳每秒钟能够将600万吨氢转化为氦,这些能量释放出去之后会被其他天体吸收。

我们地球每秒钟吸收到的能量大约只有22亿分之一,大家不要小看这22亿分之一的能量,它相当于地球上100万吨煤炭燃烧的能量总和。所以对于人类来说,太阳的能源是取之不尽用之不竭的,为了能够利用核聚变的能源,科学家们也做了很多努力,现在科学家也在积极的研究可控核聚变技术,前段时间,美国的LLNL团队成功实现了可控核聚变的点火,为人类追求清洁能源的梦想迈出了关键一步,核聚变反应所需要的条件是非常苛刻的,需要极高的温度和极高的压强才可以,太阳之所以能够维持这个过程,就是因为它内部高压和高温环境,对于人类来说,想要制造出这样的环境是非常困难的,不过科学家还是想到了其它办法,LLNL的科学家们在去年12月14日成功点燃了可控核聚变的火花,这一成就让人类看到了掌握清洁能源的可能性。

前段时间,我国全超导托马克核聚变实验装置就实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,并且突破了世界纪录,之后我国工程院院士彭先觉称:核聚变发电距离我们只有6年时间了,不过这里的6年时间并不是指完全成熟的核聚变反应,而是6年后建设世界上最大的脉冲驱动器,也就是核聚变发电站,这将是一次里程碑式的改革,这次建成的核聚变发电站并非百分之100运用核聚变发电,而是采用了核聚变与核裂变相混合的模式,先让燃料进行小型的可控核核聚变,等待中子能量提升之后,再让他们轰击原子开始裂变,整个过程将在Z-FFR的混合聚变堆中进行,这种技术能够提高核能的运用率,还提高了安全性,所以现在很多国家都在积极的研究可控核聚变。

LLNL的实验使用了一种看上去非常高科技的装置:构建出了192道强大的激光束,并控制它们同时射向一个点,那里放了极少的一些聚变原料,而后就成功地引发了短暂的聚变反应,并且第一次实现了能量的正向收益,实验向目标输入了2.05兆焦耳的能量,而输出的聚变能量达到了3.15兆焦耳,这意味着能量的增益达到了百分之153,这个数字已经远远地超出了实验人员之前的预期,虽然还是会有人觉得太贵了,但是这次成功是人类实现可控核聚变的起点,之所以科学家如此看重这次实验结果,就是因为地球环境变得越来越恶劣,这一实现的成功表明,我们已经找到了一种可控的方法来实现核聚变。科学家们一直在努力复制和利用核聚变。如果我们能够在地球上以工业规模复制核聚变,它将为我们提供几乎无限的清洁、安全和经济实惠的能源,以满足全球的需求。

与核裂变(用于核电站)相比,核聚变每千克燃料可以产生四倍的能量,几乎比燃烧油或煤炭产生的能量多出400万倍。未来的核聚变反应堆将使用氘和氚的混合物——这些是含有额外中子的氢原子。根据专家的计算,就用一枚硬币大小的原料,释放出的能量都可以够我们这种普通人用上好几十年了。不过想要实现可控核聚变还需要一种重要的能源,这种能源就是氦-3,在我们地球上,也存在大量的氦-3,但是这种物质正在源源不断的从地球内部向外泄露,早在2022年的时候,美国新墨西哥大学的一个研究团队发现,地球大洋底部的洋中会释放出氦-3来,并认为这些氦-3应该是来自于地球深处,现在新的证据进一步巩固了这一推测,氦-3是一种稀有气体元素氦的同位素。

它的原子核由两个质子和一个中子组成,氦-3在地球上的含量不多,它在自然氦气中的原子丰度仅仅是百分之0.000137,根据科学家的研究发现,地球上氦-3的总储量不会超过100千克,太阳风中含有一定量的氦-3原子,不过受到地球大气层和磁场的阻挡作用,太阳风中的氦-3原子很难到达地球,目前地球上的氦-3存量,是宇宙射线中的高能粒子轰击地球大气产生的,还有一部分氦-3是由核弹头中的氚核通过β衰变产生,以及地球形成初期所捕获保留在地球深处。科学家认为,地球深处所积累的氦-3,大部分都是来自于宇宙诞生之初,在短时间内,宇宙中合成了大量的氦元素,其中就有氦-3,据科学家推测,在地球诞生之初,那时地球内部的氦3比现在多得多,不过经过40多亿年的泄漏,目前仅地核内还有一小部分氦3。

由于地球内部的氦-3非常稀少,所以科学家获取的成本很高,但是在月球上,科学家发现了大量的氦-3,月球上面存在大量的氦-3,其储量大约是100万吨,这些氦-3能够让人类实现可控核聚变,所以现在很多国家都希望能够在月球上面对氦-3进行开采,不过由于月球和地球的环境不同,想要在月球上面开采这种资源还是非常困难的,相较于地球,月球的大气层非常稀薄,只有地球大气层的0.1%,几乎可以忽略不计。因此,月球上没有天气和风,也没有保护我们免受太阳辐射的大气层。此外,月球大气层非常薄,几乎无法保持任何形式的空气或气体。在地球上,人们可以呼吸空气,并且空气压力稳定,这是因为地球大气层的存在。

但是,由于月球的薄弱大气层,我们需要建造一个气密舱来创造人类生存能够生存的空气和空气压力。这意味着我们需要找到一种长期稳定的供氧方式,并且需要控制稍微高于月球大气层环境的空气压力。月球的环境极端险恶,昼夜温度差距在两百摄氏度以上。在辐射剂量和外界温度等方面,月球上的环境极其恶劣。所以说想要在月球上面开采资源,我们就必须先在月球上面建立一个生态舱,这样人类才有可能在月球上面开展资源,虽然可控核聚变技术还在起步阶段,但如今,它似乎终于有了商业化的可行性。全球已有30多家私人核聚变公司,其中18家已公开披露融资计划,总计吸引了超过24亿美元的投资,几乎全部来自私人资本。

这些公司正在推动核聚变研究的转变,从过去由国家或国际机构主导的庞大项目,转向由私人公司主导的商业模式,就像是马斯克将航天项目做成了他的个人标签一样,这些公司也希望能通过与政府的竞争来塑造自己的品牌。比如General Fusion(GF)是一家总部位于加拿大Burnaby的公司,正在英国Culham建设一座示范厂,计划于2025年开始运营,并计划在2030年代初开始销售反应堆。这将是首个与电力厂相关的大规模示范。未来随着人类科技的不断成熟,人类对可控核聚变的掌握将会越来越顺利,如果人类真的能够实现可控核聚变,我们可以不用再发愁粮食,全国耕地可以全部退耕还林,转而用粮食工厂替代,人造光源替代太阳参加植物光合作用。亩产百万斤粮食都是正常操作。

而且出行近乎免费。全国公路铺无线充电设备,电动车续航不再是问题,高铁用电成本为零,减少了高铁运行成本的大头。飞机采用人工合成航空煤油,燃油基本不要钱,从北到南坐一趟飞机几十块成本。除此之外,人类还能够利用可控核聚变提升飞船的飞行速度,这样人类飞出太阳系就有希望了,总体来说,可控核聚变对于人类的科技将会起到非常重要的作用,小编认为,人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,未来随着人类科技的进步,人类一定能够解开更多的宇宙奥秘,小编希望人类能够早日实现可控核聚变,能够早日解开宇宙的奥秘,对此,大家有什么想说的吗?

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评论列表
  • 2024-04-08 14:59

    宇宙在人类面前没有秘密,人就一成了神

  • 2024-04-09 08:25

    看了一半才步入正题

星空承载梦想

简介:本人爱好天文,擅长写科学领域的文章