人类已经掌握可控核聚变了吗
应该在2050年左右,技术的难度主要如下温度太高。见下文在太阳上由于引力巨大,氢的聚变可以自然地发生,但在地球上的自然条件下却无法实现自发的持续核聚变。在氢弹中,爆发是在瞬间发生并完成的,可以用一个原子弹提供高温和高压,引发核聚变,但在反应堆里,不宜采用这种方式,否则反应会难以控制。根据核聚变发生的机理,要实现可控制的核聚变实际上比造个太阳要难多了。我们知道,所有原子核都带正电,两个原子核要聚到一起,必须克服静电斥力。两个核之间靠得越近,静电产生的斥力就越大,只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时,核力(强作用力)才会伸出强有力的手,把它们拉到一起,从而放出巨大的能量。要使它们联起手来并不难,难的是既要让它们有拉手的机会又不能让他们过于频繁地拉手。要使它们有机会拉手,就要使粒子间有足够的高速碰撞的机会,这可以增加原子核的密度和运动速度。但增加原子核的密度是有限制的,否则一旦反应加速,自身放出的能量会使反应瞬间爆发。据计算,在维持一定的密度下,粒子的温度要达到1~2亿度才行,这要比太阳上的温度(中心温度1500万度,表面也有6000度)还要高许多。但这样高的温度拿什么容器来装它们呢?这个问题并没有难倒科学家,20世纪50年代初,苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出磁约束的概念。苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿奇莫维奇按照这样的思路,不断进行研究和改进,于1954年建成了第一个磁约束装置。他将这一形如面包圈的环形容器命名为托卡马克(tokamak)。托卡马克是“磁线圈圆环室”的俄文缩写,又称环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”,像一个中空的面包圈,可用来约束电离了的等离子体。我们知道,一般物质到达10万度时,原子中的电子就脱离了原子核的束缚,形成等离子体。等离子体是由带正电的原子核和带负电的电子组成的气体,整体是电中性的。在磁场中,它们的每个粒子都是显电性的,带电粒子会沿磁力线做螺旋式运动,所以等离子体就这样被约束在这种环形的磁场中。这种环形的磁场又叫磁瓶或磁笼,看不见,摸不着,也不接触有形的物体,因而也就不怕什么高温了,它可以把炙热的等离子体托举在空中。人们本来设想,有了“面包炉”,只需把氘、氚放入炉内加火烤制,把握好火候,能量就应该流出来。其实不然,人们接着遇到的麻烦是,在加热等离子体的过程中能量耗散严重,温度越高,耗散越大。一方面,高温下粒子的碰撞使等离子体的粒子会一步一步地横越磁力线,携带能量逃逸;另一方面,高温下的电磁辐射也要带走能量。这样,要想把氘、氚等离子体加热到所需的温度,不是件容易的事。另外,磁场和等离子体之间的边界会逐渐模糊,等离子体会从磁笼里钻出去,而且当约束等离子体的磁场一旦出现变形,就会变得极不稳定,造成磁笼断开或等离子体碰到聚变反应室的内壁上。
可控核聚变 为什么不能实现
不受控的核聚变就是氢弹,这个已经没问题了。但受控的核聚变还不行。有两个原因。
一是聚变反应的速率无法控制。核电站是受控核裂变反应。反应速率靠控制反应时产生的中子数量来实现。想让反应进行得快一点,就把中子吸收剂抽出来一点,中子多了,反应速率就加快了。想让反应进行得慢一点,就把中子吸收剂多放进去一些,中子少了,反应就进行得慢了。当把中子吸收剂完全放进去时,所有中子都被吸收了,裂变反应就基本中止了。
但聚变反应就不一样。聚变反应需要极高的温度和极大的物质密度。一旦达到反应条件,靠什么来控制反应速率呢?既要保持上千万度的反应温度,又要只让一部分氢核相互反应,另外大部分氢核不反应,现在还没办法。
二是找不到放置核聚变反应的容器。聚变反应需要上千万度的反应温度,又要保持极高的物质密度,而且一旦反应开始进行,产生的能力会使内部压力急剧升高。那把聚变反应放在哪里进行呢?有什么东西能把正在反应的氢燃烧装进去,既能在上千万度的温度下不熔化,又能承受反应时内部巨大的压力呢?至少在现在,还找不出这样的材料。有人设想用极强的电磁能把反应限制在一定的体积内,但目前还实现不了。
所以,目前受控核裂变反应还无法实现。
当人类掌握了可控核聚变时,我们能走出银河系吗?
人类在一亿年内都别想飞出银河系,飞出银河系需要达到宇宙三型文明能力,现在人类还无法想象这种比神话传说高级很多的文明状态。核聚变是人类现阶段正在攻克的一种新能源。核聚变质能转换率是迄今人类己知除反物质湮灭外,利用率最高的能源,其质能转换率为0.7%。目前人类已经掌握的可控核裂变质能转换率为0.13%
推动力就越大,飞船就能飞得更快。美国NASA制定的百年星舰计划就有使用核聚变发动机的设想。这艘设想中的星舰将达到5万吨,使用核聚变发动机将把星舰飞行速度提升到光速的12%,也就是每秒钟36000公里。但这还是一个100年的梦想,而且即使达到这个速度,也只能飞出太阳系,要飞出银河系还是做梦都不敢想的。
如果人类掌握可控核聚变,是不是就可以在短
就算实现了可控核聚变,那也是体积巨大,一时难以实现。还是要另辟蹊径。目前有新的飞船引擎,中国人叫它“相对性推进器”,才开始研发。成熟的引擎能带来一次革命,到火星只要70天。越远效果越明显。
人类实现了可控核聚变,真的就不需要石油了吗?
大部分情况应该是不需要了,因为核聚变产生的能量就够我们用的了
中国在人造太阳方面取得新突破,未来人类可以操控核聚变吗?
人类羡慕太阳拥有源源不断的能源,但又无法靠近它进行开采。但是科学家们弄清楚了太阳的燃烧原理,并且在地球上研发出了“人造太阳”,我国在这方面也有所成就。据了解中国在人造太阳方面取得了新突破,未来人类能够实现可控核聚变吗?太阳之所以能够一直保持燃烧状态,根本的原因是它内部在不断地进行核聚变反应。目前人类已经掌握了核裂变反应,但是对于核聚变技术的掌控还不到位,如果未来人类实现了可控核聚变技术,那么对人类的发展将会有极大的帮助。
现在许多国家都在使用托卡马克,因为它确实在牵制高温状态下的核燃料方面表现出色。从外形看来,托卡马克就像一个甜甜圈,它的强大之处在于能够利用超导体以最低的能耗来获得最强的磁场,还在于这个磁场能够将核燃料限制住。据中科院的科学家介绍,我国的东方超环在这方面的水平已经是世界一流了,并且在去年已经创下了连续运行101.2秒的世界纪录。目前看来可控核聚变技术将在未来成为科学家们攻克的难题,希望在未来人类能够掌握可控核聚变技术。
为什么太阳内部核聚变温度才上千万度,而人类已经实现上亿度,还是不能实现可控核聚变?
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为什么太阳内部核聚变温度才上千万度,而人类已经实现上亿度,还是不能实现可控核聚变?
为什么太阳内部核聚变温度才上千万度,而人类已经实现上亿度,还是不能实现可控核聚变
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