掌握了可控核裂變之後艱難開發可控核聚變有什麼意義

時間 2021-08-30 09:54:40

1樓:集錦科學

簡單的說,就是可控核聚變比可控核裂變厲害多了,好處多多了。而且可控核裂變無法從根本上解決人類發展程序的能源危機,只有可控核聚變才能夠真正解決這個發展瓶頸。

人類對能量的認識和利用是逐步推進的。

在猿人時代,人類的祖先們茹毛飲血,連最基本的能源都不知道。當雷擊引發山火,猿人們從最開始的害怕敬畏,到揀拾品嚐到火中燒烤的野味美味,對火漸漸有了認識,開始知道燃燒的害處和好處,從此開始了人類對能源的認識利用之旅。

千百年來,人們從燒柴草煮飯,到燒煤獲取動力,再到燃油時代,標誌著人類從古代的柴草時代跨入了石化時代,人類文明開始從蠻荒黑暗邁進現代光明階段。隨著社會發展,人類對能源的需求量越來越大,而煤炭、石油等資源都是不可再生資源,這些資源都是經過億萬年的地下演化才形成的,儲量是有限的,用一點就少一點,在一個相當長時期是無法再生的。

這樣人類能源危機不斷的加大,對發現和開發新的更高效能源要求越來越迫切,而愛因斯坦的方程理論應運而生。

質能方程為人類開啟能源寶庫提供了一把金鑰匙。

愛因斯坦狹義相對論最偉大的發現之一就是質能方程,這個理論對質量的屬性進行了新的**和定義,在人類發現質量守恆的基礎上,進一步推演出了質能守恆定律,指出在一個孤立系統中,所有粒子的相對論靜能與動能之和在相互作用中保持不變,物體的質量就是所含能量的量度,質量和能量可以等價互換。從此,質量與能量有了確定的當量關係。

這個關係的表示式就是著名的質能方程:e=mc^2。這裡的e表示能量值,單位j(焦耳);m表示質量,單位kg;c為光速,精確值為299792458m/s(米/秒),一般取值為300000000m/s。

這個公式的意思是,一切物質的質量中,都包含著同等的能量,質量相等的物質,所蘊含的能量是等價的。也就是說1kg白菜和1kg**的質量中所包含的能量是一樣的。

那麼1千克物質等量有多大呢?根據質能方程計算可得:

e=1kgx(300000000)^2=9x10^16j

1千克物質如果全部轉換成能量,可得9億億焦耳的能量,相當於250億度電,或者約2151萬噸tnt黃色炸藥,也就是21枚百萬噸級核彈**威力。

核能源時代來臨,質能利用率得到巨大提升。

人類發現了質能轉化規律後,開始從石化時代走向核能利用時代。在石化時代,能源的利用轉化率是非常低下的,1kg煤產生的熱能只有29000000j,根據質能方程倒算,質能利用率只達到0.000000032%;1kg石油產生的熱能只有41870000j,質能利用率只約0.

000000047%。

二戰催生了原子彈,開啟了核能利用的新時代。原子彈是核裂變不可控的利用,一經激發,就瞬間釋放。在廣島**的原子彈,裝藥只有幾十公斤,卻達到了13000噸tnt炸藥的**威力,這是因為在亞原子層次,在核子的鏈式反應過程中,有0.

13%的質量會轉化為能量,質能利用率比煤要高出了400多萬倍,比石油高出了276萬倍。

但原子彈的能量釋放一瞬就沒了,而且只能夠起到破壞作用。科學家們通過不懈努力,發明製造了反應堆,這些各式各樣的反應堆能夠使原子核裂變變得慢下來,人們就可以利用這些裂變過程中產生的能量來造福社會了。

一個和平利用核能的時代就到來了,最常見的可控核裂變利用就是現在遍佈全球的核電廠。

但核裂變的效率比核聚變要低,且有諸多限制。

這些限制包括,核裂變所需礦產資源儲量有限,開發提純工藝要求高,難度大,且放射性汙染大,廢料難以處理。在核發電站還頻頻發生了核洩漏事故,如2023年前蘇聯的切爾諾貝利核電站事故,2023年日本福島核電站事故等,全世界的核洩露事故已經發生數十起,給環境和人類造成很大損害。

而核聚變相對核裂變,是更安全、更環保、更高效的核能利用,理論上來說,核聚變是沒有核廢料排洩和殘留,幾乎沒有任何汙染,且原材料易得,取之不盡用之不竭。

核聚變主要材料是氫的同位素和,氘在海水裡儲量非常豐富,約佔0.003%,全球海水總量約134億億噸,所總量有40萬億噸之多。1公升的海水中含有30毫克,核聚變所產生的能量相當汽油300升。

這樣僅地球上核聚變的原材料就足夠人類使用幾十億年了,而且月球上還有豐富的氦-3,是核聚變更好的原料。

核聚變質能轉化率可達0.7%,是核裂變的5倍多。既然有這麼多好處,那為什麼現在人類還不開始利用核聚變能源呢?這是由於:

核聚變門檻高,技術難題一時難以攻克。

相比核裂變,可控核聚變的發生和持續條件非常苛刻,因此迄今為止,雖然有所進展,在實驗室裡面的可控核聚變時間越來越長,能量的輸出越來越大,但要克服的技術難題還很多,目前的技術還遠遠達不到商業化運營的需要。

人類目前還是隻掌握了不可控核聚變,也就是氫彈,「轟」的一聲能量就一下子爆發了,這種能量除了破壞作用,絲毫也不能用於國計民生的造福。可控核聚變的難點在哪兒呢?

首先核聚變必須有高溫或高壓。比如太陽核心源源不斷的核聚變是在1500萬度高溫和3000億個大氣壓下維持的,在地球上,人類無法製造出3000億個大氣壓,只能在高溫上想辦法。而核聚變單純依靠高溫,需要1億℃的溫度,才能夠保證其持續不斷的進行。

這樣更大的難題又來了:用什麼容器盛裝這個高溫等離子體呢?要知道,在地球上任何元素在幾千度的高溫中都會被氣化,而這個高溫不是幾千度,也不是幾萬度幾十萬度,而是比太陽中心溫度還要高的1億度。

還有,即便做出了這麼高的溫度,又能夠約束這個高溫等離子體,又怎麼將這些高溫形成的能量輸出成為可用功呢?這就是可控核聚變必須解決的三個難點。簡單的說,就是要實現超高溫,並約束這個高溫等離子體,還要能夠做出功來。

現在實驗可控核聚變實現的條件。

現在找到的約束超高溫等離子體的方法主要有三種,即磁約束、重力約束、慣性約束。目前成功較多的實驗方法是採用磁約束,比較典型的就是一種叫做託卡馬克的裝置,這種裝置就是利用磁約束實現可控核聚變的環形容器。

託卡馬克裝置**有一個環形真空室,外面纏繞著線圈,這些線圈一通電,就會在環形真空室產生巨大螺旋型磁場,將其中的等離子體加熱到億度的目標溫度,從而達到可控核聚變的目的。

現在世界上一些發達國家都非常重視可控核聚變研究,中國也積極投身其中,成為國際合作研究的重要成員。雖然不斷有好訊息傳來,過一段時間就有一個突破,但總體上進展還是比較緩慢的。

目前大致取得的成果為:已經獲得了億度高溫,而且約束這種高溫等離子體從幾個毫秒,到現在最長可以維持1000秒,從過去輸入大於輸出,現在能夠輸出大於輸入,也就是可以做出功來。這些進展已經是本質上的突破,證明了可控核聚變是可行的。

人類對能源能量的認識還任重道遠。

有科學家估計,人類要真正的實現可控核聚變商業運用,還需要30~50年的努力。

到了真正可控核聚變成為社會主要能源的時候,已經擔憂了100年的能源危機就能夠得到緩解,甚至可以說,人類在一個相當長的時期內,已經沒有了能源危機之憂,人類文明將提升到一個新的層次。

這就是已經掌握了可控核裂變,還要繼續研究可控核聚變的原因。而且可以預見,即便掌握了可控核聚變,人類質能轉換的能力還是很低等的,因為質能轉換率只能夠達到0.7%,還有99.

3%的質能轉換空間沒有認識和開發。

2樓:匿名使用者

能源對人類社會的發展是不可缺少的,掌握了可控核聚變之後,能源問題可以很好的得到解決。因為核能的能量是非常大的,而且清潔可持續,但有一點就是不穩定,一旦變得可控,不僅能夠獲得能源,還可以減少空氣汙染。

3樓:偶獨傻笑

簡而言之,可控核聚變比可控核裂變強大得多,其好處更大。此外,可控的核裂變不能從根本上解決人類發展的能源危機。只有可控的核聚變才能真正解決這一發展瓶頸。

4樓:社會資訊小蜜蜂

可以提高能量獲取效率。核聚變產生的能量是核裂變完全無法比擬的,能夠滿足人類未來的需求。

5樓:sc西南

人類發現了質能轉化規律後,開始從石化時代走向核能利用時代。核裂變所需礦產資源儲量有限,開發提純工藝要求高,難度大,且放射性汙染大,廢料難以處理。

實現可控核聚變有什麼意義

6樓:風雨蘭砂

可控核聚變是人類終極能源-無限清潔能源,注意無限和清潔兩詞。具體可以從幾方面來講

哲學方面,人類所期待的共產主義社會的核心是無限生產力,無限生產力的核心是無限能源,所以說可控核聚變是開啟共產主義社會大門的鑰匙之一。但從可控核聚變真正全面化商用到共產主義社會真正實現,期間會有一段時間來發展與轉變。

資源方面,縱觀人類歷史,就是能源迭代的發展史,每次能量密度的躍進都是人類社會躍進的標誌之一。大到國家戰爭,小到人與人之間的勾心鬥角,權利與領地之爭,實質上都是能源之爭,如果能源無限,那麼這些所有的一切都會消失。人心不再存惡,世間再無紛爭。

科技方面,科技發展的限制就是能源,能源無限了,科技樹就可以無限的往下點下去。社會將會出現真正的人工智慧和機器人,解放勞動力(人),人類也有了移居其他星系的能力與基礎。

當然以上種種並不是說可控核聚變一商用就馬上都能實現,而是說可控核聚變讓這些真正都成了日程表上板上釘釘能夠實現的東西。

7樓:匿名使用者

實現受控核聚就可利用核能。

裂變時靠原子核**而釋出能量。聚變時則由較輕的原子核聚合成較重的原子核而釋出能量。最常見的是由氫的同位素氘(讀"刀",又叫重氫)和氚(讀"川",又叫超重氫)聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。

核聚變較之核裂變有兩個重大優點。一是地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。

8樓:sky我想和你唱

在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛,讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起,發生原子核互相聚合作用,生成新的質量更重的原子核(如氦),中子雖然質量比較大,但是由於中子不帶電,因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出來。

大量電子和中子的釋放所表現出來的就是巨大的能量釋放。這是一種核反應的形式。原子核中蘊藏巨大的能量,原子核的變化(從一種原子核變化為另外一種原子核)往往伴隨著能量的釋放。

核聚變是核裂變相反的核反應形式。

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