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14億人免費用電時代或將到來?中國在核融合領域獲得大突破!

2024-05-06科技

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綜述

對能源的利用,貫穿了整個人類文明的發展行程。 從燃燒木柴到燒炭挖煤,從開采石油到利用風能,水力,太陽能以及核能,人類一直在不斷尋求更有效的能源來源 。有沒有一種能源可以解決人類所有的能源問題呢? 答案當然有,那就是核融合。

如果人類掌握了核融合這一終極能源,將會實作真正的「用電自由」 。 但目前人類對核融合的利用技術依然比較有限,尚處於探索階段。不過就在去年,中國在可控核融合領域取得了重大突破,距離核融合的真正套用又邁出了重要的一步 。

核融合是什麽

從古至今,人類包括一切生命,所能利用的一切養分和能源,都來自於「核融合」。 不過驅動核融合的並非人類,而是太陽。 太陽每秒鐘會「燒掉」6.2億噸的氫,釋放的能量功率高達 瓦特。太陽依靠巨大的壓力和高溫來持續將氫融合成氦,以此釋放能量。

20世紀40年代以來,各國相繼點亮了核能源「技能樹」,掌握了核分裂和核融合。 核分裂是利用中子轟擊鈾原子,使其變為一個鋇原子和一個氪原子,同時產生三個新中子 ,繼續重復分裂過程,以此來釋放出能量。利用這一原理,可以制造威力強大的原子彈。

核融合和核分裂的過程是相反的,它利用的元素是氫和其同位素氘氚。 如果對一個氘原子進行加速,使其碰撞氚原子核,就會融合反應出一個氦原子和一個中子,從而釋放能量。以此原理制造的氫彈,威力比原子彈更加強大。

相較於核分裂,核融合有更多優點。 首先,核融合屬於清潔能源,只要利用得當,就不會生成高放射性,高永續性的核廢料,而核分裂存在一定的汙染風險。

其次,核融合更加安全。 融合反應堆執行時,溫度達上億度,若溫度不足反應就會自行停止。除非極端情況,否則不會出現失控反應。

最後,核融合原料是氫及其同位素,在海洋中含量豐富,儲備的氘元素足夠人類使用上百億年之久。

如何實作可控

不過,目前人類還不足以真正利用核融合, 其面臨的最大難點就是「可控」。 可控核融合是指在進行核融合反應過程中,可以做到控制反應的烈度,規模以及速度,實作平穩,安全,永續的能量輸出。

這就好比武俠小說中的內功和招式,要想真正將一門武術練到爐火純青,一招一式就必須做到收放自如,這樣才算是真正的武林高手。

可控核融合反應裝置又叫「人造太陽」,其反應原理和太陽相似,但又有許多不同。核融合反應需要在一個空間內容納上億度的高溫,什麽「容器」可以做到呢?

1954年 ,蘇聯研制出了「托卡馬克裝置」 ,它依靠產生螺旋磁場來約束內部的電漿,以此和外界隔溫,實作核融合。

20世紀70年代, 美國研究出了核融合的新手段 ,依靠高能量雷射均勻放射線氘氚燃料,在極短的時間內加熱加壓氘氚電漿,引發核融合反應,這種方式叫做 慣性約束核融合

目前,這兩種方式被認為是未來最有可能實作可控核融合的兩種重要方式。

突破和憧憬

中國的核融合研究兼顧兩種技術,並且在最近幾年進展迅速,屢有突破。

中國2002年建成, 套用慣性約束技術的「神光二號」 ,可以實作在 秒的極短瞬間內,釋放超過全世界電力數倍功率的能量,制造極高的壓力和溫度,實作融合反應。 而這一壓力和溫度只有在恒星中心,核爆瞬間和黑洞邊緣才能找到。

2006年,中國自主研發,套用磁約束技術的「東方超環」EAST建成。2021年,EAST在1.2億度高溫下穩定執行101秒。2023年,EAST又創下了高功率穩定執行403秒的記錄。

2022年,磁約束技術的「環流2號」實作了100萬安培電漿電流下穩定執行。2023年,「環流3號」電漿電流同樣突破100萬安培, 執行時電漿溫度可達1.5億度,是太陽中心溫度的10倍。

近些年來,核融合領域發展迅速,不少商業資本也開始涉足,加速推薦新時代的到來。 未來,若可控核融合得以真正實作,其給人類社會帶來的變革將是顛覆性的 。一旦核融合與蒸汽,電力以及資訊科技一樣發展成熟並商業化,人類將告別能源焦慮 。

隨著大規模核融合電站的興建,只需較小的投入便能滿足全球電力需求,工業發展將更加迅速,「電費」一詞或許將成為歷史。同時, 隨著化石能源的淘汰,環境汙染將得到根本解決, 人類將再次享受清新的空氣和湛藍的天空 。

結尾

可控核融合技術將為人類開啟一扇通往清潔,永續未來的大門。 隨著政府的支持和商業資本的投入,這一夢想正在不斷向現實邁進。這不僅是一場科技革命,更是對於環境,生活,未來的一次全面改變。

新時代的到來中,我們將見證「能源自由」的實作,這將是人類文明歷程中具有劃時代意義的重大事件。 無論是科學家的智慧還是全社會的努力,都將推動這一目標的實作。 在這個未來世界中,我們將迎來一個更加清潔、更加繁榮的新時代。

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