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火狐体育网址多少:中国可控核聚变技术成功实现放电预计2050年正式并网发电!
日期:2022-10-02 04:57:17 | 来源:火狐体育入口 作者:火狐体育客户端

  目前,世界能源会议统计:地球上的化石能源,满足人类的使用时间如下,石油不足40年,煤炭仅够100年。化石能源日近枯竭。无数人都在思考,当石油、煤炭、天然气用完,我们人类又该怎么办?

  目前,地球文明在宇宙中尚处于0.7级。科学家表示:提升文明的首要条件,便是彻底解决能源危机 —— 完全掌握可控核聚变。很多影视剧中,掌控可控核聚变,是人类迈向星辰大海,建造宇宙飞船的必经之路。

  2010年以来,世界各国核聚变反应堆捷报频传,可科学家为什么总是在说,还需要50年才能完全实现?目前,我国的可控核聚变到底发展到哪个阶段?距离实用、商用,到底还有哪些问题有待解决呢?今天,我们一次性讲清!

  1905年,爱因斯坦完成了他的著作——狭义相对论,△ E=(△m)c^2这一方程横空出世。在方程中大家了解到,质量很小的物体可以释放巨大的能量,俗称板凳炸地球。可到底应该怎么做,才能释放物质中的巨大能量呢?

  核反应都会造成质量亏损,这些损耗的质量 × 光速的平方 = 释放的能量。众所周知,核裂变必须是裂变的重元素,整个元素周期表,只有铀、钍、钚这三种元素符合要求。但,这三种元素自然界含量极少,并且核裂变会造成大量污染。

  因此,核裂变不是我们人类的理想能源。但是核聚变恰恰相反,除了难以控制这一唯一缺点,几乎一切都是完美的。核聚变的材料是轻核子 —— 氢的同位素氘、氚完全符合条件,而这两种元素依靠电离水设备就可制取。

  现有研究数据表明:仅海水中就储藏约40万亿吨氘,1升水可以电离 0.03g的氘。仅这 0.03g的氘反应释放的能量 = 燃烧 300L的汽油 / 燃烧336 kg的煤。同理推算,地球海水中的氘释放的能量,足够全人类使用上亿年。

  目前,电离 1g 重水的成本为7元。1g 重水发生核聚变反应,产生相当于800万度电的能量。按照民用电,1度/ 0.6 元计算,1g 重水产生的电量,约合480万人民币。那这么节能的技术,为什么不能投入使用,却一直号称需要等待 50年呢?

  这就不得不提到一个令人十分沮丧的事实,我们在可控核聚变的研究上一直没有取得突破性进展。因此,科学家只能给大家一个模糊的时间节点。众所周知,人造核聚变反应,是模拟恒星内部氢元素核聚变反应释放能量的过程。因此,可控核聚变也被称为人造太阳核聚变。

  人造太阳的原理:两个轻原子核融合在一起,形成新的原子核,并释放中子和能量。原子包含带正电的原子核、带负电的核外电子。因此,两个轻核原子进行核聚变前,一般把核外电子剥离,就剩下两个带正电的原子核。

  众所周知,电荷同性相斥。因此,两个带正电原子核,即便靠近也会因为库仑力被推开。要想核聚变,就需要它俩不光靠近,还得粘合在一起,让它的质子、中子相互作用,从而合成新原子。

  到此,究竟如何让原子核粘合在一起,产生新的原子?科学家给出了答案:高温!我们都知道,温度可以反映微观粒子运动的剧烈程度。粒子的运动越剧烈,温度越高。引爆氢弹需要极高的温度,所以氢弹里面都有一枚小型,作为点火装置。

  但,氢弹是不可控的。人类若是想利用核聚变,就必须控制核聚变的过程。第一个要求:达到温度!比如,把一些轻核原子放入球形靶丸,从各个方向用强激光照射靶丸,强激光产生的高温,会使原子的运动异常剧烈。

  此时,核外电子脱离原子,形成原子核与电子交织的等离子体。同样,剧烈运动也给原子核提供动力来进行互相撞击,以突破它们之间的电荷排斥力,进行融合。这种就是可控核聚变的两大方式之一: 惯性约束核聚变。

  我国的神光三号激光点火装置,采用的就是惯性约束装置。但,惯性约束很难控制等离子体对设备造成的高温破坏。毕竟,点火温度起步就是1000万度。目前,还没有任何材料可以耐得住这么高的温度。

  正因如此,科学家开始选择能束缚等离子体的磁约束装置。磁约束就是利用磁场束缚住发生核聚变的等离子体,让原子核与装置内壁形成隔离带,从而避免仪器受到高温等离子体的冲击。

  磁约束核聚变反应,第一步需要把大量轻核原子,比如氘、氚加热,让它们的核外电子脱离,形成带正电的原子核群、电子群。让它们整体保持电中性,这就是第一步做到的等离子体 —— 也称为等离子浆。

  等离子浆进入磁场中,会被束缚起来。随后在共振、加速的作用下,等离子浆中的原子核运动愈演愈烈,相互撞击融合,达到聚变过程。这一过程。类似太阳内部的核聚变。因此,科学家也称磁约束核聚变装置 —— 人造太阳。

  人造太阳装置,一般是环形真空磁线圈,英文 Tokamak,中文译名:托卡马克。因此磁性约束核聚变装置也叫——托卡马克。但是,它大多只能以短脉冲形式进行。科学家表示:如果保持连续稳态进行,那磁线圈就必须用上超导技术!

  一旦,磁线圈采用超导技术,那这个装置就叫做:全超导托卡马克核聚变实验装置。英文简称:EAST。世界首个EAST 便是我国制造的。EAST实现可控核聚变必须有三个条件:

  1、点火温度要高。因为,温度越高,原子核运动越剧烈,撞击力度也会越大。装置内的原子核们发生核聚变的比例就越高。

  中科院李建刚院士曾表示:中国EAST的科学目标是“ 三个1 ”。1兆安等离子体电流;1000s 的维持时间;1亿℃的高温。果然,在2018年,中国可控核聚变首次实现1亿摄氏度运行。

  2020年12月,新一代人造太阳装置 —— 中国环流器二号M装置,在成都落成,并首次实现发电。2021年5月,EAST 实现可重复1.2 亿℃,101s ,1.6亿℃,20s 等离子体运行。

  目前,中国可控核聚变分三个阶段。短期:2015 ~ 2021 实现首次发电。中期:2021~ 2035 提高效率,降低投入,提高产出。长期:2035~ 2050 投入小于产出,具备商业化,开始建造核电站。

  现如今,我国在可控核聚变的持续时间和预期目标相差10倍。但,李建刚院士提到的:“ 三个1 ”,如今中科院已经实现:1亿℃ ;还有1兆安等离子体电流;1000s 的维持时间需要科学家去攻坚。

  目前看来,实现“ 三个 1 ”,是保证可控核聚变商业化的前提。可以说,“ 三个 1 ”是触摸到可控核聚变的第一道门槛,但距离打开大门,依旧有很长的路要走。因为,在这过程中,中子辐射的难题一直没有解决。

  物理中,我们学过:磁场可以控制电荷的运动。不论是带正电的原子核、带负电的电子,在磁场的作用下都会变的规律。但,在核聚变过程中,会释放大量中子。这些中子不带电,不受磁场的束缚,高能的中子会不停地撞击 EAST 设备的内壁。

  EAST不可能经受持续撞击。因此,这也是 EAST 一次不能持续长时间开机的原因。但这些都是工程学上的问题。在理论方面,我们已经臻于完善,完全支持可控核聚变。李院士表示:21世纪50年代左右,我国将基本实现可控核聚变并网发电。

  这就意味着,我们大部分人,在有生之年,看到可控核聚变的发电。对于我们的可控核聚变发电技术,大家有什么想法,欢迎在评论区一起讨论。