可控核聚變點火成功!35億美元燒了幾壺水,但清潔能源指日可待

星空承載夢想 2024-04-08 09:53:17
在閱讀此文前,麻煩您點擊一下“關注”,既方便您進行討論與分享,又給您帶來不一樣的參與感,深度長文,希望您能夠認真看完,感謝您的支持!

根據科學家的研究我們能夠知道,地球是一顆有生命存在的星球,在地球上生活著各種各樣的生物,有海洋生物、有陸地生物、有兩棲生物和微生物等等,人類是地球上最有智慧的生命,從誕生以後就開始不斷的研究和探索世界的奧秘,現在人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度是非常快的,人類之所以能夠有如此之快的發展速度,離不開對資源的利用,現在人類能夠利用的資源有很多,比如說煤炭、石油、天然氣等等,煤炭是我們平時生活中最常見的能源之一,根據科學家的研究得出,煤炭是地球早期産生的,它主要的形成物質就是植物,在地球早期的時候存在大量的物質,比我們現在地球上看到的植物數量要多,大量的植物死後越堆積越多。

經過植物一代又一代的沉積,形成了我們現在能夠利用的煤炭,科學家認爲煤炭的形成主要分爲兩步,第一步被稱爲是泥炭化階段,在這個階段,很多微生物將植物不斷的分解,造成植物的腐化和生物化學凝膠,通過這種化學方式,讓大量的植物形成了富含碳、氫、氧、氮等衆多元素的泥炭,第二階段被稱爲是碳化階段,由于地殼運動的原因,這些泥炭被埋藏在地下,由于地球內部的高溫和高壓環境影響,會將這些泥炭中的氫、氧、氮的含量減少,最後留下碳元素,當碳元素堆積到一定程度後,就形成了褐煤。除了煤炭之外,石油也是我們最常見的能源,關于石油的形成,在科學界有很多說法,其中一種就是生物成油說,這個說法最早是由羅蒙諾索夫提出的。

他認爲,在遠古時期,地球上有很多動物、植物和微生物,這些動植物死亡以後就會被埋葬在地下,經過日積月累的沉澱,會形成沉澱物,然後經過地質變遷,最終就會形成沉積岩,這些沉積岩在一定的高溫下,就慢慢形成了石油,除了這個說法之外,還有的科學家認爲,石油並不是動植物形成的,而是 地球內部的碳氫化合物形成的,如果按照這個說法來看的話,那麽地球任何區域都應該存在石油,但是目前科學家發現的最古老的油田形成于5億年前,而這個時期正是寒武紀生命大爆發之後。不過這些資源都是比較低級的能源,對于人類來說,核聚變才是現階段比較強大的能源,我們的太陽是一顆恒星,從誕生以後太陽就在源源不斷的釋放熱量,到現在已經燃燒了50億年的時間。

太陽之所以能夠燃燒這麽長時間,就是因爲內部核聚變的反應,我們地球上的燃燒是需要氧氣的,太陽的核聚變反應過程完全不需要氧氣的加入,所以太陽才能夠在真空環境中表現出和燃燒一樣的特質,我們地球上絕大多數燃燒的本質,其實是物體內部的遊離基發生了變化,並在不同阻燃劑的幫助下發生相應反應。但是熱核反應卻並不是這樣,科學家經過研究發現,太陽內部的熱核反應,其實就是四個氫核不斷聚變成一個氦核的反應,和地球的燃燒反應相比,它的反應強度和速度要遠遠超過我們印象之中的燃燒,具體來說,四個氫原子核聚變成一個氦原子,其質量會虧損0.0069個單位,這些虧損的質量會轉化爲能量釋放出去,然後被其它天體吸收,太陽每秒鍾能夠將600萬噸氫轉化爲氦,這些能量釋放出去之後會被其他天體吸收。

我們地球每秒鍾吸收到的能量大約只有22億分之一,大家不要小看這22億分之一的能量,它相當于地球上100萬噸煤炭燃燒的能量總和。所以對于人類來說,太陽的能源是取之不盡用之不竭的,爲了能夠利用核聚變的能源,科學家們也做了很多努力,現在科學家也在積極的研究可控核聚變技術,前段時間,美國的LLNL團隊成功實現了可控核聚變的點火,爲人類追求清潔能源的夢想邁出了關鍵一步,核聚變反應所需要的條件是非常苛刻的,需要極高的溫度和極高的壓強才可以,太陽之所以能夠維持這個過程,就是因爲它內部高壓和高溫環境,對于人類來說,想要制造出這樣的環境是非常困難的,不過科學家還是想到了其它辦法,LLNL的科學家們在去年12月14日成功點燃了可控核聚變的火花,這一成就讓人類看到了掌握清潔能源的可能性。

前段時間,我國全超導托馬克核聚變實驗裝置就實現了1056秒的長脈沖高參數等離子體運行,並且突破了世界紀錄,之後我國工程院院士彭先覺稱:核聚變發電距離我們只有6年時間了,不過這裏的6年時間並不是指完全成熟的核聚變反應,而是6年後建設世界上最大的脈沖驅動器,也就是核聚變發電站,這將是一次裏程碑式的改革,這次建成的核聚變發電站並非百分之100運用核聚變發電,而是采用了核聚變與核裂變相混合的模式,先讓燃料進行小型的可控核核聚變,等待中子能量提升之後,再讓他們轟擊原子開始裂變,整個過程將在Z-FFR的混合聚變堆中進行,這種技術能夠提高核能的運用率,還提高了安全性,所以現在很多國家都在積極的研究可控核聚變。

LLNL的實驗使用了一種看上去非常高科技的裝置:構建出了192道強大的激光束,並控制它們同時射向一個點,那裏放了極少的一些聚變原料,而後就成功地引發了短暫的聚變反應,並且第一次實現了能量的正向收益,實驗向目標輸入了2.05兆焦耳的能量,而輸出的聚變能量達到了3.15兆焦耳,這意味著能量的增益達到了百分之153,這個數字已經遠遠地超出了實驗人員之前的預期,雖然還是會有人覺得太貴了,但是這次成功是人類實現可控核聚變的起點,之所以科學家如此看重這次實驗結果,就是因爲地球環境變得越來越惡劣,這一實現的成功表明,我們已經找到了一種可控的方法來實現核聚變。科學家們一直在努力複制和利用核聚變。如果我們能夠在地球上以工業規模複制核聚變,它將爲我們提供幾乎無限的清潔、安全和經濟實惠的能源,以滿足全球的需求。

與核裂變(用于核電站)相比,核聚變每千克燃料可以産生四倍的能量,幾乎比燃燒油或煤炭産生的能量多出400萬倍。未來的核聚變反應堆將使用氘和氚的混合物——這些是含有額外中子的氫原子。根據專家的計算,就用一枚硬幣大小的原料,釋放出的能量都可以夠我們這種普通人用上好幾十年了。不過想要實現可控核聚變還需要一種重要的能源,這種能源就是氦-3,在我們地球上,也存在大量的氦-3,但是這種物質正在源源不斷的從地球內部向外泄露,早在2022年的時候,美國新墨西哥大學的一個研究團隊發現,地球大洋底部的洋中會釋放出氦-3來,並認爲這些氦-3應該是來自于地球深處,現在新的證據進一步鞏固了這一推測,氦-3是一種稀有氣體元素氦的同位素。

它的原子核由兩個質子和一個中子組成,氦-3在地球上的含量不多,它在自然氦氣中的原子豐度僅僅是百分之0.000137,根據科學家的研究發現,地球上氦-3的總儲量不會超過100千克,太陽風中含有一定量的氦-3原子,不過受到地球大氣層和磁場的阻擋作用,太陽風中的氦-3原子很難到達地球,目前地球上的氦-3存量,是宇宙射線中的高能粒子轟擊地球大氣産生的,還有一部分氦-3是由核彈頭中的氚核通過β衰變産生,以及地球形成初期所捕獲保留在地球深處。科學家認爲,地球深處所積累的氦-3,大部分都是來自于宇宙誕生之初,在短時間內,宇宙中合成了大量的氦元素,其中就有氦-3,據科學家推測,在地球誕生之初,那時地球內部的氦3比現在多得多,不過經過40多億年的泄漏,目前僅地核內還有一小部分氦3。

由于地球內部的氦-3非常稀少,所以科學家獲取的成本很高,但是在月球上,科學家發現了大量的氦-3,月球上面存在大量的氦-3,其儲量大約是100萬噸,這些氦-3能夠讓人類實現可控核聚變,所以現在很多國家都希望能夠在月球上面對氦-3進行開采,不過由于月球和地球的環境不同,想要在月球上面開采這種資源還是非常困難的,相較于地球,月球的大氣層非常稀薄,只有地球大氣層的0.1%,幾乎可以忽略不計。因此,月球上沒有天氣和風,也沒有保護我們免受太陽輻射的大氣層。此外,月球大氣層非常薄,幾乎無法保持任何形式的空氣或氣體。在地球上,人們可以呼吸空氣,並且空氣壓力穩定,這是因爲地球大氣層的存在。

但是,由于月球的薄弱大氣層,我們需要建造一個氣密艙來創造人類生存能夠生存的空氣和空氣壓力。這意味著我們需要找到一種長期穩定的供氧方式,並且需要控制稍微高于月球大氣層環境的空氣壓力。月球的環境極端險惡,晝夜溫度差距在兩百攝氏度以上。在輻射劑量和外界溫度等方面,月球上的環境極其惡劣。所以說想要在月球上面開采資源,我們就必須先在月球上面建立一個生態艙,這樣人類才有可能在月球上面開展資源,雖然可控核聚變技術還在起步階段,但如今,它似乎終于有了商業化的可行性。全球已有30多家私人核聚變公司,其中18家已公開披露融資計劃,總計吸引了超過24億美元的投資,幾乎全部來自私人資本。

這些公司正在推動核聚變研究的轉變,從過去由國家或國際機構主導的龐大項目,轉向由私人公司主導的商業模式,就像是馬斯克將航天項目做成了他的個人標簽一樣,這些公司也希望能通過與政府的競爭來塑造自己的品牌。比如General Fusion(GF)是一家總部位于加拿大Burnaby的公司,正在英國Culham建設一座示範廠,計劃于2025年開始運營,並計劃在2030年代初開始銷售反應堆。這將是首個與電力廠相關的大規模示範。未來隨著人類科技的不斷成熟,人類對可控核聚變的掌握將會越來越順利,如果人類真的能夠實現可控核聚變,我們可以不用再發愁糧食,全國耕地可以全部退耕還林,轉而用糧食工廠替代,人造光源替代太陽參加植物光合作用。畝産百萬斤糧食都是正常操作。

而且出行近乎免費。全國公路鋪無線充電設備,電動車續航不再是問題,高鐵用電成本爲零,減少了高鐵運行成本的大頭。飛機采用人工合成航空煤油,燃油基本不要錢,從北到南坐一趟飛機幾十塊成本。除此之外,人類還能夠利用可控核聚變提升飛船的飛行速度,這樣人類飛出太陽系就有希望了,總體來說,可控核聚變對于人類的科技將會起到非常重要的作用,小編認爲,人類作爲地球上最有智慧的生命,從誕生以後就開始不斷的研究和探索世界的奧秘,未來隨著人類科技的進步,人類一定能夠解開更多的宇宙奧秘,小編希望人類能夠早日實現可控核聚變,能夠早日解開宇宙的奧秘,對此,大家有什麽想說的嗎?

6 阅读:1027
评论列表
  • 2024-04-08 14:59

    宇宙在人類面前沒有秘密,人就一成了神

  • 2024-04-09 08:25

    看了一半才步入正題

星空承載夢想

簡介:本人愛好天文,擅長寫科學領域的文章